Donnerstag, 01 Dezember 2022

Inhaltsverzeichnis (4. Auflage)

Franz König, Johannes Holzmannhofer, Georg Dobrozemsky

Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin

4. überarbeitete Auflage
 

Einleitung

 
 

1.1.

 

Was ist Nuklearmedizin?

3

 

1.2.

 

Das Indikatorprinzip

4

 

1.3.

 

Geschichte der Nuklearmedizin

5

   

1.3.1.

Entwicklung kernphysikalischer Grundlagen

5

   

1.3.2.

Entwicklung radiochemischer Grundlagen

6

   

1.3.3.

Entwicklung molekularbiologischer Grundlagen

7

   

1.3.4.

Entwicklung messtechnischer Grundlagen

7

   

1.3.5.

Entwicklung klinischer Anwendungen

8

 

1.4.

 

Vergleich mit anderen bildgebenden Verfahren

10




 

Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin

 
 

2.1.

 

Atomaufbau

13

   

2.1.1.

Atomkern

13

   

2.1.2.

Atomhülle

14

 

2.2.

 

Radioaktivität

15

   

2.2.1.

Kernumwandlungen

15

   

2.2.2.

Weitere Strahlungsarten

18

   

2.2.3.

Nuklidkarte

21

   

2.2.4.

Umwandlungsschema

22

   

2.2.5.

Umwandlungsgesetz und Halbwertszeit

24

   

2.2.6.

Einheit der Radioaktivität

27

   

2.2.7.

Radioaktive Umwandlung - Zusammenfassung

27

 

2.3.

 

Allgemeine Eigenschaften ionisierender Strahlung

29

   

2.3.1.

Strahlungsparameter

29

   

2.3.2.

Energiespektren

30

   

2.3.3.

Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie

31

   

2.3.4.

Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie

32

   

2.3.5.

Schwächungsgesetz und Halbwertsdicke

35

   

2.3.6.

Abstandsquadratgesetz

40

   

2.3.7.

Weitere Strahlungseffekte in Materie

40

 

2.4.

 

Dosis und Dosisleistung

42

   

2.4.1.

Wirkung ionisierender Strahlung

42

   

2.4.2.

Dosisbegriffe

42

   

2.4.3.

Dosisleistung

44




 

Herstellung von Radionukliden

 
 

3.1.

 

Radionuklide in der Nuklearmedizin

47

   

3.1.1.

Nuklide der In-vitro-Diagnostik

48

   

3.1.2.

Nuklide der In-vivo-Diagnostik

48

   

3.1.3.

Nuklide der Radionuklidtherapie

50

 

3.2.

 

Radionuklidgenerator

52

   

3.2.1.

Aufbau und Funktion des Technetium-Generators

52

   

3.2.2.

Aufbau und Funktion des 68Ge/68Ga-Generators

54

   

3.2.3.

Andere Generatoren

54

 

3.3.

 

Kernreaktor

56

 

3.4.

 

Zyklotron

57




 

Detektoren

 

 

4.1.

 

Prinzip des Strahlungsnachweises

63

   

4.1.1.

Energieübertragung auf Materie durch Photonenstrahlung

63

   

4.1.2.

Arten von Strahlungsdetektoren

63

   

4.1.3.

Bestandteile eines Strahlungsmessgerätes

64

 

4.2.

 

Gasgefüllte Detektoren

65

   

4.2.1.

Ionisationsbereich

66

   

4.2.2.

Proportionalbereich

66

   

4.2.3.

Auslösebereich

67

 

4.3.

 

Halbleiterdetektoren

69

   

4.3.1.

Germanium-Detektoren

69

   

4.3.2.

Kadmiumtellurid-Detektoren

70

   

4.3.3.

Kadmiumzinktellurid-Detektoren

70

 

4.4.

 

Lumineszenzdetektoren

72

 

4.5.

 

Szintillationsdetektoren

73

   

4.5.1.

NaI(Tl)-Szintillationsdetektor

73

   

4.5.2.

Andere anorganische Szintillationsdetektoren

74

   

4.5.3.

Eigenschaften anorganischer Szintillationsdetektoren - Zusammenfassung

75

   

4.5.4.

Organische Szintillatoren

75

   

4.5.5.

Photomultiplier

76

   

4.5.6.

Funktion des Szintillationsdetektors - Zusammenfassung

78




 

Grundlagen der Messtechnik

 

 

5.1.

 

Elektronischer Aufbau einer Messeinrichtung

81

   

5.1.1.

Komponenten der Messelektronik

81

   

5.1.2.

Hochspannungsversorgung

82

   

5.1.3.

Vorverstärker

82

   

5.1.4.

Verstärker

83

   

5.1.5.

Impulshöhenanalysator

84

   

5.1.6.

Registriereinheit

86

   

5.1.7.

Analog-Digital-Konverter

87

 

5.2.

 

Auswertung der Energieinformation

89

   

5.2.1.

Impulshöhenspektrum

89

   

5.2.2.

Energiekalibrierung

91

   

5.2.3.

Energieauflösung

93

   

5.2.4.

Energiefenstereinstellung

95

   

5.2.5.

Gammaspektroskopie

96

 

5.3.

 

Generelle Eigenschaften einer Messeinrichtung

97

   

5.3.1.

Empfindlichkeit einer Messeinrichtung

97

   

5.3.2.

Empfindlichkeits-Kalibrierung

102

   

5.3.3.

Nulleffekt und Hintergrund

103

   

5.3.4.

Zeitliche Auflösung einer Messeinrichtung

105

 

5.4.

 

Grundlagen der Statistik für nuklearmedizinische Zwecke

108

   

5.4.1.

Messgenauigkeit

108

   

5.4.2.

Statistische Methoden

109

   

5.4.3.

Zuverlässigkeit eines Messwerts aus statistischer Sicht

113

   

5.4.4.

Nuklearmedizinische Zählstatistik

114

   

5.4.5.

Erkennungs- und Nachweisgrenze

117




 

Strahlenüberwachungsgeräte

 

 

6.1.

 

Aktivitätsmessgeräte

121

   

6.1.1.

Aktivimeter

121

   

6.1.2.

Kontaminationsmonitore

125

   

6.1.3.

Gammaspektrometer

126

   

6.1.4.

Ganzkörperzähler

127

 

6.2.

 

Dosis- und Dosisleistungsmessgeräte

130

   

6.2.1.

Personendosimeter

130

   

6.2.2.

Dosisleistungsmessgeräte

131




 

Sonden-Messgeräte

 

 

7.1.

 

Aufbau und Funktion

135

   

7.1.1.

Detektor

135

   

7.1.2.

Kollimator und Messfeld

135

   

7.1.3.

Messelektronik

136

 

7.2.

 

Anwendungsmöglichkeiten

137

   

7.2.1.

Organmessplatz (Uptake-Messplatz)

137

   

7.2.2.

Ganzkörperzähler

138

   

7.2.3.

Intraoperative Sonden

138

 

7.3.

 

Konstanzprüfung von Sonden-Messgeräten

142




 

Szintillationskamera

 

 

8.1.

 

Einleitung

145

   

8.1.1.

Allgemeines zur Bildgebung

145

   

8.1.2.

Allgemeines zur Gammakamera

145

 

8.2.

 

Detektorkopf

147

   

8.2.1.

Übersicht

147

   

8.2.2.

Komponenten des Detektorkopfes

148

 

8.3.

 

Impulsverarbeitung und Bilderzeugung

150

   

8.3.1.

Ausgangssignale des Detektorkopfes

150

   

8.3.2.

Signalverarbeitung

150

   

8.3.3.

Bildspeicherung

151

 

8.4.

 

Kenngrößen

154

   

8.4.1.

Planare Inhomogenität

155

   

8.4.2.

Planare örtliche Auflösung

156

   

8.4.3.

Planare örtliche Linearität

157

   

8.4.4.

Planare System-Empfindlichkeit

157

   

8.4.5.

Energieauflösung

158

   

8.4.6.

Inhärente Energieabhängigkeit der Ortung

158

 

8.5.

 

Kollimatoren

160

   

8.5.1.

Kollimatortypen

160

   

8.5.2.

Abbildungseigenschaften des Kollimators

160

   

8.5.3.

Parallelloch-Kollimator

163

   

8.5.4.

Pinhole-Kollimator

165

   

8.5.5.

Fächerstrahl-Kollimatoren

165

   

8.5.6.

Sonderformen

165

 

8.6.

 

Uniformitätskorrektur

167

   

8.6.1.

Energiekorrektur

167

   

8.6.2.

Linearitätskorrektur

168

   

8.6.3.

Homogenitätskorrektur

169

 

8.7.

 

Single-Photon-Emission-Computed-Tomography (SPECT)

171

   

8.7.1.

Einleitung

171

   

8.7.2.

Aufnahme der Projektionsbilder

171

   

8.7.3.

Rotationszentrum

174

   

8.7.4.

Kenngrößen bei SPECT

174

   

8.7.5.

SPECT/CT

175

 

8.8.

 

Informationsdichte und Detailerkennbarkeit

176

 

8.9.

 

Sachgemäße Behandlung einer Gammakamera

177




 

PET-Scanner

 

 

9.1.

 

Physikalische Grundlagen der Positronenemissionstomographie

181

   

9.1.1.

Beta-plus-Umwandlung und Annihilation

181

   

9.1.2.

Positronenstrahler für PET

182

   

9.1.3.

Flugzeitmessung ( TOF)

183

 

9.2.

 

Schichtbilderzeugung

185

   

9.2.1.

Strahlungsnachweis im Detektor

185

   

9.2.2.

Ortsbestimmung des Szintillationsereignisses

186

   

9.2.3.

Bestimmung der Koinzidenzlinien

186

   

9.2.4.

Quantitative Aktivitätsbestimmung und SUV

193

 

9.3.

 

Untersuchungsgeräte

195

   

9.3.1.

Gerätetypen - Übersicht

195

   

9.3.2.

PET-Scanner mit BGO-Detektoren

195

   

9.3.3.

PET-Scanner mit anderen Detektoren

196

 

9.4.

 

Morphologische und Funktionelle Bildgebung

197

 

9.5.

 

PET/CT

198

   

9.5.1.

Allgemeines

198

   

9.5.2.

Patientendosis bei PET/CT

198

 

9.6.

 

PET/MR

201




 

Rekonstruktion von Schichtbildern

 

 

10.1.

Bildberechnung

205

   

10.1.1.

Projektionsbilder und Sinogramme

205

   

10.1.2.

Filterung

207

   

10.1.3.

Gefilterte Rückprojektion

212

   

10.1.4.

Iterative Verfahren

214

   

10.1.5.

Anwendung von Filtern

216

 

10.2.

Schichtdarstellung

217

 

10.3.

Schwächungskorrektur

218

   

10.3.1.

Allgemeines zur Schwächungskorrektur

218

   

10.3.2.

Schwächungskorrektur nach Chang

220

   

10.3.3.

Transmissionsmessung mit Hilfe radioaktiver Strahlenquellen

221

   

10.3.4.

Transmissionsmessung mit Hilfe einer Röntgenröhre (Computertomographie)

225

 

10.4.

Weitere Korrekturen

228

   

10.4.1.

Streustrahlungskorrektur

228

   

10.4.2.

Teilvolumen-Effekt

233

   

10.4.3.

Zerfallskorrektur

234

   

10.4.4.

Totzeitkorrektur

235




 

Qualitätskontrolle

 

 

11.1.

Rechtliche Rahmenbedingungen

239

   

11.1.1.

EU-Recht

239

   

11.1.2.

Nationales Recht

240

   

11.1.3.

Normen und Standards

240

 

11.2.

Verfahren der Qualitätskontrolle

242

   

11.2.1.

Abnahme- und Teilabnahmeprüfung

242

   

11.2.2.

Konstanzprüfung

243

   

11.2.3.

Allgemeine Maßnahmen

243

 

11.3.

Konstanzprüfung Aktivimeter

244

   

11.3.1.

Übersicht

244

   

11.3.2.

Prüfungen

245

 

11.4.

Konstanzprüfung Gammakamera, SPECT-Kamera

247

   

11.4.1.

Übersicht

247

   

11.4.2.

Prüfungen

249

 

11.5.

Konstanzprüfung PET

252

   

11.5.1.

Übersicht

252

   

11.5.2.

Prüfungen

254

 

11.6.

Konstanzprüfung In-vivo-/In-vitro-Messplätze, Gamma-Sonden

257

   

11.6.1.

Übersicht

257

   

11.6.2.

Prüfungen

258




 

Anhang

 

     

Weiterführende Literatur

263

     

Quellenverzeichnis zu den Abbildungen

265

     

Abkürzungen

270

     

Index

272

 

 

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