Кіріспе
Гамма сәулелерін тіркеуге арналған камера. Гамма камерасы (γ камерасы), сондай-ақ сцинтилляциялық камера немесе Энгер камерасы деп те аталады, гамма сәулесін шығаратын радиоизотоптарды бейнелеуге қолданылатын құрылғы, бұл әдіс сцинтиграфия деп аталады. Сцинтиграфияның қолданылу салаларына жаңа дәрілерді әзірлеу және ядролық медициналық бейнелеу кіреді, олар адам ағзасының суреттерін көруге және талдауға немесе гамма сәулелерін шығаратын медициналық инъекциялармен, тыныспен немесе жұтылып алынған радионуклидтердің таралуын зерттеуге мүмкіндік береді.
A gamma camera (γ camera), also called a scintillation camera or Anger camera, is a device used to image gamma radiation emitting radioisotopes, a technique known as scintigraphy. The applications of scintigraphy include early drug development and nuclear medical imaging to view and analyse images of the human body or the distribution of medically injected, inhaled, or ingested radionuclides emitting gamma rays.
Суретке түсіру әдістері
Сцинтиграфия ("scint") – гамма-камераларды пайдалану арқылы ішкі радиоизотоптардан шығарылатын сәулеленуді тіркеу және екі өлшемді кескіндер жасау процесі. Ядролық жүрек стресс-тестілеуінде қолданылатын SPECT (бір фотондық эмиссиялық компьютерлік томография) бейнелеуі гамма-камералар арқылы жүзеге асырылады. Әдетте, бір, екі немесе үш детектор немесе бастың айналуы пациенттің айналасында баяу орындалады. Көп басты гамма-камераларды позитрон-эмиссиялық томография (ПЭТ) сканерлеу үшін де қолдануға болады, егер олардың аппараттық және бағдарламалық құралдары "бірдей уақытта тіркелген оқиғаларды" (екі түрлі баста бір уақытта болатын оқиғаларды) анықтауға мүмкіндік берсе. Гамма-камералық ПЭТ, мақсатты түрде жасалған ПЭТ сканерімен алынған ПЭТ бейнелеуінен айтарлықтай нашар, себебі сцинтиллятор кристаллының жоғары энергиялы аннигиляциялық фотондарға сезімталдығы төмен, ал детектордың ауданы едәуір кішідірек. Дегенмен, гамма-камераның төмен құны және арнайы ПЭТ сканерімен салыстырғанда оның қосымша икемділігін ескере отырып, бұл техника ПЭТ сканерінің шығындарын және ресурстық талаптарын ақтау мүмкін болмайтын жағдайларда тиімді болып табылады.
Құрылыс
Гамма камерасы – оптикалық тұрғыдан "бас" деп аталатын, порталға орнатылған фотокөбейтуші түтіктердің массивіне қосылған бір немесе бірнеше жалпақ кристаллдық жазықтықтан (немесе детекторлардан) тұрады. Портал камераның жұмысын басқаратын, сондай-ақ суреттерді жинап, сақтайтын компьютер жүйесімен байланысты. Гамма-камераның құрылымы кейде бөлімделген сәулелену құрылымы деп аталады. Жүйе гамма-фотонның оқиғаларын немесе санын жинақтап, камерадағы кристаллға сіңіреді. Әдетте, жеңіл жабық корпустағы талий қоспасы бар NaI(Tl) натрий йодты ірі, жалпақ кристалл қолданылады. Гамма сәулелерін анықтау үшін осы комбинацияның жоғары тиімді әдісін 1944 жылы сэр Сэмюэл Курран Берклидегі Калифорния университетінде Манхэттен жобасында жұмыс істеп жатқанда тапты. Нобель сыйлығының лауреаты физик Роберт Хофстадтер де 1948 жылы осы техникамен жұмыс істеді. Кристалл түсетін гамма сәулеленуіне жауап ретінде жарқырайды. Гамма-фотон науқастан (радиоактивті препарат инъекцияланғаннан кейін) шыққанда, ол кристалдағы йод атомынан электронды босатады, ал шашыраған электрон қайтадан ең төменгі энергия күйіне жеткенде әлсіз жарық шығады. Қозған электронның бастапқы құбылысы фотоэлектрлік эффектке және (әсіресе гамма сәулелерімен) Комптон эффектісіне ұқсас. Жарық шығынан кейін ол анықталады. Кристаллдың артындағы фотокөбейтуші түтіктер (ФКТ) флуоресценттік жарқырауларды (оқиғаларды) анықтайды, ал компьютер санауларды қосады. Компьютер екі өлшемді бейнеде салыстырмалы кеңістіктік санау тығыздығын қайта құрып, мониторда көрсетеді. Бұл қайта құрылған бейне органдар мен тіндердегі радиоактивті іздеу элементтерінің таралуын және салыстырмалы концентрациясын көрсетеді.
Сигналдарды өңдеу
1957 жылы Гал Ангер алғашқы гамма-камераны ойлап тапты. Оның бастапқы дизайны, көбінесе «Ангер» камерасы деп аталады, бүгінгі күнге дейін кеңінен қолданылуда. Anger камерасы вакуумдық түтік фотокөбейтілгіштерінің (PMT) жиынтығын пайдаланады. Әдетте, әрбір түтіктің диаметрі шамамен 7,6 см болатын ашық беті бар және түтіктер сіңіретін кристаллдың артында гексагонды конфигурацияда орналасқан. Фотодетекторларды қосатын электрондық схема алтыбұрышты детектор массивінің мүшелері сезетін жарық флуоресценциясының салыстырмалы сәйкестігін көрсететіндей етіп сымдалған. Барлық PMT бір мезгілде нақты жеке оқиғадан олардың орналасуына байланысты әртүрлі деңгейде бірдей жарық жарқырауын анықтайды. Осылайша, флуоресценция жарқырауының әрбір бір жарқырауының кеңістіктегі орны өзара байланысқан тізбек массивіндегі кернеулердің үлгісі ретінде көрінеді. Гамма-сәулесі мен кристалл арасындағы өзара әрекеттесу орны фотокөбейтілгіштердің кернеу сигналдарын өңдеу арқылы анықталады; қарапайым тілмен айтқанда, орналасуды әрбір фотокөбейтілгіш түтігінің орнын оның сигналының күшімен салмақтап, содан кейін салмақталған позициялардан орташа орнын есептеу арқылы табуға болады. Белгілі бір септал қалыңдығын ескере отырып, коллиматордың ажыратымдылығы тиімділіктің артуымен және сәуле көзінің коллиматордан қашықтығының ұлғаюымен төмендейді. Жеке тесіктер кристаллмен анықталатын фотондарды конус пішінде шектейді; конустың тобы кез келген тесіктің ортасында орналасқан және коллиматордың бетінен сыртқа қарай созылады. Дегенмен, коллиматор да бейнедегі бұлқыныштың бір көзі болып табылады; қорғасын кіретін гамма-фотонды толығымен жұта алмайды, тесіктер арасында белгілі бір араласу болуы мүмкін. Көрінетін жарық камераларында қолданылатын линзадан айырмашылығы, коллиматор кіретін фотондардың көп бөлігін (>99%) жұтады, демек камера жүйесінің сезімталдығын күрт шектейді. Камера жүйесі суретті құру үшін жеткілікті сцинтилляциялық нүктелерді анықтау үшін жеткілікті сәулеленуді қамтамасыз ету үшін үлкен мөлшерде сәулелену болуы керек. Алайда, олардың ешқайсысы кеңінен таралған клиникалық қолдануға енген жоқ. Қазіргі заманғы ең жақсы камера жүйелері коллиматордан, коллиматор түрінен және радионуклидтен қашықтыққа байланысты 6-12 мм аралығында орналасқан гамма-фотонның екі бөлек нүктелік көзін ажырата алады. Камера бетінен қашықтық ұлғайған сайын кеңістіктік ажыратымдылық тез төмендейді. Бұл компьютерлік бейненің кеңістіктік дәлдігін шектейді: ол көптеген нүктелерден тұратын, бірақ дәл орналаспаған сцинтилляциядан тұратын тұманды бейне болып табылады. Бұл жүрек бұлшықетін бейнелеу жүйелері үшін маңызды шектеу болып табылады; сол жақ қарыншадағы ең қалың қалыпты жүрек бұлшық еті шамамен 1,2 см, ал сол жақ қарынша бұлшық еті шамамен 0,8 см, әрқашан қозғалады және оның көп бөлігі коллиматор бетінен 5 см-ден асады. Бұған толыққанды көмектесу үшін жақсы бейнелеу жүйелері сцинтилляция санауын жүрек жиырылу циклінің бір бөлігіне шектейді, бұл «гейтинг» деп аталады, бірақ бұл жүйенің сезімталдығын одан әрі шектейді.