Donnerstag, 01 Dezember 2022

Inhaltsverzeichnis

Franz König, Johannes Holzmannhofer, Georg Dobrozemsky

Messtechnik und Instrumentierung in der Nuklearmedizin

5. überarbeitete Auflage

 1

Einleitung

 
 

1.1.

 

Was ist Nuklearmedizin?

1

 

1.2.

 

Das Indikatorprinzip

 2

 

1.3.

 

Geschichte der Nuklearmedizin

 3

   

1.3.1.

Entwicklung kernphysikalischer Grundlagen

 3
   

1.3.2.

Entwicklung radiochemischer Grundlagen

5
   

1.3.3.

Entwicklung molekularbiologischer Grundlagen

 6
   

1.3.4.

Entwicklung messtechnischer Grundlagen

 7
   

1.3.5.

Entwicklung klinischer Anwendungen

 10
 

1.4.

 

Vergleich mit anderen bildgebenden Verfahren

 10




 2

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

 16
   

2.2.2.

Weitere Strahlungsarten

 21
   

2.2.3.

Nuklidkarte

 24
   

2.2.4.

Umwandlungsschema

26
   

2.2.5.

Umwandlungsgesetz und Halbwertszeit

 28
   

2.2.6.

Einheit der Radioaktivität

 33
   

2.2.7.

Radioaktive Umwandlung - Zusammenfassung

 33
   

2.2.8.

Berechnungsbeispiele für Aktivitäten

34
   

2.2.9.

Bedeutungvon 10T,20T,30T

35
 

2.3.

 

Allgemeine Eigenschaften ionisierender Strahlung

 37
   

2.3.1.

Strahlungsparameter

38
   

2.3.2.

Energiespektren

 38
   

2.3.3.

Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie

 39
   

2.3.4.

Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie

 41
   

2.3.5.

Schwächungsgesetz und Halbwertsdicke

 44
   

2.3.6.

Abstandsquadratgesetz

51
   

2.3.7.

Weitere Strahlungseffekte in Materie

 51
 

2.4.

 

Dosis und Dosisleistung

 52
   

2.4.1.

Wirkung ionisierender Strahlung

 52
   

2.4.2.

Dosisbegriffe

 52
   

2.4.3.

Dosisleistung

 53



 3

Herstellung von Radionukliden

 
 

3.1.

 

Radionuklide in der Nuklearmedizin

55
   

3.1.1.

Nuklide der In-vitro-Diagnostik

 56
   

3.1.2.

Nuklide der In-vivo-Diagnostik

 57
   

3.1.3.

Nuklide der Radionuklidtherapie

 59
 

3.2.

 

Radionuklidgenerator

 60
   

3.2.1.

Mo/Tc-Generator

 61
   

3.2.2.

Aufbau und Funktion des Technetium-Generators

61
   

3.2.3.

Aufbau und Funktion des Ge-68/Ga-68-Generators

 63
    3.2.4.

Andere Generatoren

 64
 

3.3.

 

Zyklotron

64
 

3.4.

  Kernreaktor  67



 4 Detektoren

 

 

4.1.

 

Prinzip des Strahlungsnachweises

69
   

4.1.1.

Energieübertragung auf Materie durch Photonenstrahlung

 69
   

4.1.2.

Arten von Strahlungsdetektoren

 70
   

4.1.3.

Bestandteile eines Strahlungsmessgerätes

 71
 

4.2.

 

Gasgefüllte Detektoren

 71
   

4.2.1.

Ionisationsbereich

 72
   

4.2.2.

Proportionalbereich

 73
   

4.2.3.

Auslösebereich

 74
 

4.3.

 

Halbleiterdetektoren

 75
   

4.3.1.

Germanium-Detektoren

 76
   

4.3.2.

Kadmiumtellurid-Detektoren

 78
   

4.3.3.

Kadmiumzinktellurid-Detektoren

 78
 

4.4.

 

Lumineszenzdetektoren

79
 

4.5.

 

Szintillationsdetektoren

80
   

4.5.1.

NAI(TL)-Szintillationsdetektor

81
   

4.5.2.

Andere anorganische Szintillationsdetektoren

 83
   

4.5.3.

Eigenschaften anorganischer Szintillationsdetektoren - Zusammenfassung

 84
   

4.5.4.

Organische Szintillatoren

 84
   

4.5.5.

Photomultiplier

 85
   

4.5.6.

Funktion des Szintillationsdetektors - Zusammenfassung

 87



 5

Grundlagen der Messtechnik

 
 

5.1.

 

Elektronischer Aufbau einer Messeinrichtung

89
   

5.1.1.

Komponenten der Messelektronik

 89
   

5.1.2.

Hochspannungsversorgung

 91
   

5.1.3.

Vorverstärker

 91
   

5.1.4.

Verstärker

 91
   

5.1.5.

Impulshöhenanalysator

 91
   

5.1.6.

Registriereinheit

 95
   

5.1.7.

Analog-Digital-Konverter

 97
 

5.2.

 

Auswertung der Energieinformation

 99
   

5.2.1.

Impulshöhenspektrum

 99
   

5.2.2.

Energiekalibrierung

 102
   

5.2.3.

Energieauflösung

 103
   

5.2.4.

Energiefenstereinstellung

 106
   

5.2.5.

Gammaspektroskopie

 107
 

5.3.

 

Generelle Eigenschaften einer Messeinrichtung

 108
   

5.3.1.

Empfindlichkeit einer Messeinrichtung

 108
   

5.3.2.

Empfindlichkeits-Kalibrierung

 117
   

5.3.3.

Nulleffekt und Hintergrund

 118
   

5.3.4.

Zeitliche Auflösung einer Messeinrichtung

 121
 

5.4.

 

Grundlagen der Statistik für nuklearmedizinische Zwecke

124
   

5.4.1.

Messgenauigkeit

 124
   

5.4.2.

Statistische Methoden

 125
   

5.4.3.

Zuverlässigkeit eines Messwerts aus statistischer Sicht

 129
   

5.4.4.

Nuklearmedizinische Zählstatistik

 131
   

5.4.5.

Erkennungs- und Nachweisgrenze

 135



 6

Strahlenüberwachungsgeräte

 
 

6.1.

 

Aktivitätsmessgeräte

137
   

6.1.1.

Aktivimeter

 137
   

6.1.2.

Kontaminationsmonitore

 142
   

6.1.3.

Gammaspektrometer

 143
   

6.1.4.

Ganzkörperzähler

 145
 

6.2.

 

Dosis- und Dosisleistungsmessgeräte

 148
   

6.2.1.

Personendosimeter

 148
   

6.2.2.

Dosisleistungsmessgeräte

 150



 7

Sonden-Messgeräte

 
 

7.1.

 

Aufbau und Funktion

153
   

7.1.1.

Detektor

 153
   

7.1.2.

Kollimator und Messfeld

 154
   

7.1.3.

Messelektronik

 155
 

7.2.

 

Anwendungsmöglichkeiten

 155
   

7.2.1.

Organmessplatz (Uptake-Messplatz)

 155
   

7.2.2.

Ganzkörperzähler

 157
   

7.2.3.

Intraoperative Sonden

 157
 

7.3.

 

Konstanzprüfung von Sonden-Messgeräten

 159



 8

Szintillationskamera

 
 

8.1.

 

Einleitung

161
   

8.1.1.

Allgemeines zur Bildgebung

 161
   

8.1.2.

Allgemeines zur Gammakamera

 163
 

8.2.

 

Detektorkopf

 165
   

8.2.1.

Übersicht

 166
   

8.2.2.

Komponenten des Detektorkopfes

 166
 

8.3.

 

Impulsverarbeitung und Bilderzeugung

 169
   

8.3.1.

Ausgangssignale des Detektorkopfes

 169
   

8.3.2.

Signalverarbeitung

 169
   

8.3.3.

Bildspeicherung

 170
 

8.4.

 

Kenngrößen

 174
   

8.4.1.

Planare Inhomogenität

175
   

8.4.2.

Planare örtliche Auflösung

 177
   

8.4.3.

Planare örtliche Linearität

 178
   

8.4.4.

Planare System-Empfindlichkeit

 178
   

8.4.5.

Energieauflösung

 179
   

8.4.6.

Inhärente Energieabhängigkeit der Ortung

 180
 

8.5.

 

Kollimatoren

 180
   

8.5.1.

Kollimatortypen

 181
   

8.5.2.

Abbildungseigenschaften des Kollimators

 181
   

8.5.3.

Parallelloch-Kollimator

 184
   

8.5.4.

Pinhole-Kollimator

 186
   

8.5.5.

Fächerstrahl-Kollimatoren

 186
   

8.5.6.

Sonderformen

 187
 

8.6.

 

Inhomogenitätskorrektur

187
   

8.6.1.

Energiekorrektur

 188
   

8.6.2.

Linearitätskorrektur

 189
   

8.6.3.

Inhomogenitätskorrektur

189
 

8.7.

 

SPECT (Tomographie)

191
   

8.7.1.

Einleitung

 191
   

8.7.2.

Aufnahme der Projektionsbilder

 192
   

8.7.3.

Rotationszentrum

 195
   

8.7.4.

Kenngrößen bei SPECT

 196
   

8.7.5.

SPECT/CT

 197
 

8.8.

 

Informationsdichte und Detailerkennbarkeit

 197
 

8.9.

 

Sachgemäße Behandlung einer Gammakamera

 198



 9

PET-Scanner

 
 

9.1.

 

Physikalische Grundlagen der PET

201
   

9.1.1.

β+-Umwandlung und Annihilation

201
   

9.1.2.

Positronenstrahler für PET

203
  9.2.  

Technische Grundlagen der PET

204
    9.2.1

Koinzidenzmessung

205
   

9.2.2.

Flugzeitmessung ( TOF)

207
 

9.3.

 

Schichtbilderzeugung

208
   

9.3.1.

Strahlungsnachweis im Detektor

208
   

9.3.2.

Ortsbestimmung des Szintillationsereignisses

210
   

9.3.3.

Bestimmung der Koinzidenzlinien

210
   

9.3.4.

2D- und 3D-Messung

214
   

9.3.5

Quantitative Aktivitätsbestimmung und SUV

219
 

9.4.

 

Untersuchungsgeräte

222
   

9.4.1.

Gerätetypen - Übersicht

222
   

9.4.2.

PET-Scanner mit BGO-Detektoren

223
   

9.4.3.

PET-Scanner mit anderen Detektoren

224
   

9.4.4.

ET-Scanner mit langen Röhren

224
 

9.5.

 

Morphologische und Funktionelle Bildgebung

225
    9.5.1.

Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Verfahren zur Bildgebung

225
    9.5.2.

PET/CT

226
    9.5.3.

PET/MR

230



 10

Rekonstruktion von Schichtbildern

 
 

10.1.

Bildberechnung

233
   

10.1.1.

Projektionsbilder und Sinogramme

 235
   

10.1.2.

Filterung

 237
   

10.1.3.

Gefilterte Rückprojektion

 242
   

10.1.4.

Iterative Verfahren

 244
   

10.1.5.

Zeitlicher Ablauf des Filtereinsatzes

 249
 

10.2.

Schichtdarstellung

 249
 

10.3.

Schwächungskorrektur

 251
   

10.3.1.

Allgemeines zur Schwächungskorrektur

 251
   

10.3.2.

Schwächungskorrektur nach Chang

 253
   

10.3.3.

Transmissionsmessung mit Hilfe radioaktiver Strahlenquellen

 255
   

10.3.4.

Transmissionsmessung mit Hilfe einer Röntgenröhre (Computertomographie)

 258
 

10.4.

Weitere Korrekturen

 261
   

10.4.1.

Streustrahlungskorrektur

 261
   

10.4.2.

Teilvolumen-Effekt

 267
   

10.4.3.

Zerfallskorrektur

 269
   

10.4.4.

Totzeitkorrektur

 270



 11

Qualitätskontrolle

 
 

11.1.

Rechtliche Rahmenbedingungen

273
   

11.1.1.

EU-Recht

 273
   

11.1.2.

Nationales Recht

 274
   

11.1.3.

Normen und Standards

 276
 

11.2.

Verfahren der Qualitätskontrolle

 277
   

11.2.1.

Abnahme- und Teilabnahmeprüfung

 277
   

11.2.2.

Konstanzprüfung

 278
  11.3.  

Allgemeine Maßnahmen

 279
 

11.4.

Konstanzprüfung Aktivimeter

 279
   

11.4.1.

Übersicht

 279
   

11.4.2.

Prüfungen

 280
 

11.5.

Konstanzprüfung Gammakamera, SPECT-Kamera

283
   

11.5.1.

Übersicht

283
   

11.5.2.

Prüfungen

 284
 

11.6.

Konstanzprüfung PET

291
   

11.6.1.

Übersicht

 291
   

11.6.2.

Prüfungen

 293
 

11.7.

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

297
   

11.7.1.

Übersicht

 297
   

11.7.2.

Prüfungen

 299



 

Anhang

301

 

Verzeichnis der InfoBoxen

303

 

Abbildungsverzeichnis

307

 

Tabellenverzeichnis

311

     

Literaturverzeichnis

313
     

Quellennachweis Abbildungen

315
     

Glossar

323
     

Akronyme

 327
     

Personenverzeichnis

331
     

Nuklidverzeichnis

333
     

Stichwortverzeichnis

337

 

 

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