Cintilografia

Detecção da radiação e instrumentação

2.1. Detecção da radiação

O denominador comum de todos os dispositivos usados na prática de MN, para calibração de dose, monitoração de áreas e obtenção de imagens é a conversão da radiação ionizante em energia elétrica

2.1.1 Câmaras de ionização, Contadores proporcionais e Contadores Geiger-Muller

Câmara de ionização básica – usada para medir a corrente total produzida por múltiplos eventos durante um certo período em um nível de detecção estipulado. Ex: medidores de superfície tipo pancake, medidores de taxa de exposição, dosímetros de bolso e calibradores de dose.

Contadores proporcionais – Seu nome é baseado na proporcionalidade da ionização à energia total da radiação incidente. Não tem aplicação clínica em MN, sendo usadas em pesquisa para detecção de radiação alfa e beta.

Contador Geiger-Muller – Este permite a detecção de um evento individualizado, mas não identifica sua energia (ex: contador de pulso). Muito úteis na detecção de baixos níveis de energia, como no caso de contaminações de superfície.

2.2. Detectores de Cintilação

• Na prática o que se usa é o cristal de iodeto de sódio ativado com tálio, um detector sólido, mais eficiente para sistemas de imagens. • Bom “poder de parada” para radiação gama entre 70 e 365 KeV. • Conversão de energia ionizante em energia elétrica

• O cristal de iodeto de sódio ativado com tálio é o preferido em MN por várias razões: Cristais baratos, flexíveis em tamanho e forma, pequena porção de impurezas de tálio (0,1 a 0,4%).

• A eficiência de conversão de energia do cristal é de 13%. A energia remanescente é dissipada na forma de movimentação molecular ou calor (por isso a necessidade de ar-condicionado).

• Suas desvantagens são sua fragilidade e a necessidade de serem hermeticamente fechados.

• Após a passagem pelo cristal, os fótons chegam às fotomultiplicadoras, aonde são multiplicados milhares de vezes.

• O pulso resultante é processado através de uma análise de pulso para determinar a energia incidente no cristal ou para a localização espacial do evento.

• O ponto chave para entender o processo de detecção da cintilação é que a proporcionalidade é mantida em cada etapa.

Contadores Geiger-Muller

2.3. Espectrometria da radiação gama e análise de altura de pulso • As energias e a abundância relativa das radiações ionizantes de cada radionuclídeo são constantes físicas .

• A proporcionalidade entre a energia de uma radiação gama e o pulso elétrico gerado pela fotomultiplicadora permite a distinção entre raios gama de diferentes energias;

• Entretanto, o espectro das energias gravadas é mais complexo do que o previsto devido à interação fotoelétrica e Compton fora e dentro do detector de cintilações de NaI(Tl).

• O espectro de energia dos raios x e gama é plotado com a energia no eixo x e o número relativo de eventos no eixo y.

• LMMA – largura máxima a meia altura – serve para ver a resolução de um sistema detector • Uma câmara de cintilação típica deve ter uma LMMA igual a 10% do pico de energia do radionuclídeo que esta avaliando • LMMA para o Tc-99m deve ser de 14 KeV

• Quanto mais estreito o pico, maior a resolução do sistema, e maior a habilidade em distinguir radiações gama com energias próximas

Espectro do Tecnécio-99m no ar

• Pico de Fuga o iodo – interações fotoelétricas que ocorrem próximas à borda do cristal podem resultar em fuga de raios x característicos;

• Deposito de energia

correspondente do raio x (28,5 KeV) num pico menor na faixa do 112KeV

• Efeito Compton – se um fóton primário interage por compton-difusão, um pequeno pulso de voltagem será detectado no lugar do fotopico (50 KeV)

• Pico de raios x característicos do chumbo

Espectro do Tecnécio-99m no ar com colimador

• Coincidência ou soma de picos – probabilidade de dois eventos ocorrerem simultaneamente no cristal. Se tecnécio, podem ser registrados como um pico de 280KeV no espectro de energia.

• Espalhamento compton no paciente – maior causa de degradação nas imagens clinicas. Para a gama-câmara, 35% ou mais dos eventos gravados são devidos a efeitos compton-difundidos. O espectro de energia dos fótons que sofrem efeito compton varia de 90 KeV a 140 KeV.

Espectro de espalhamento

2.4. Instrumentos para Imagem

• No início só havia contadores Geiger-Muller portáteis e sondas de cintilação simples. Não havia localização espacial da radioatividade, apenas uma contagem global grosseira. As primeiras aplicações clinicas foram dirigidas para calcular o percentual de captação de iodo-131 na tireóide.

• Cintígrafo retilíneo

- 1950- adaptação do sistema de sondas para um sistema eletromecânico. O campo de visão da sonda foi restringido num único foco com o emprego de um colimador.

- 1960- o cintígrafo retilíneo já estava disponível com detectores de 3, 5 e 8cm de diâmetro.

• Câmaras de Cintilação

- substitutos dos cintígrafos retilíneos

- câmara de cintilação gama, gama-câmara ou câmara anger (hal anger)

- oferece maior flexibilidade e permite estudos dinâmicos e tomográficos

- “fótons bons (Primários) ” X “ fótons ruins (secundários) ”

- fótons primários– seriam aqueles emitidos paralelamente ao eixo do campo de visão do colimador pelo órgão de interesse. Estes porém são muito reduzidos tanto pela absorção, quanto pela difusão, assim a informação disponível para a construção da imagem fica reduzida.

- fótons secundários– seriam fótons primários indesejados provenientes da radioatividade de fundo dos tecidos (BKG), na frente ou atrás da estrutura de interesse.

• Os fótons ruins (secundários) tb reduzem o contraste da imagem ou distorcem a análise quantitativa dos dados. Esta atividade é de difícil correção.

• Outros fótons indesejáveis são aqueles que viajam fora do eixo até o detector.

• A principal função dos colimadores é absorver esses fótons fora de rota.

Absorção e difusão de de um fóton primário

Interação dos fótons com o detector e um colimador

• Colimadores

- Primeira parte da gama-câmara

- Seu objetivo é definir o campo de visão do cristal e a direção de entrada dos fótons para incidir no cristal.

- Há discriminação dos fótons indesejados com base apenas na direção.

- O colimador porém não distingue fótons primários de difundidos ou mesmo de energias diferentes

- Tipos de colimadores: Pinhole, Paralelo, Convergente e Divergente

Colimador Pinhole ou de furo único Imagem invertida e aumentada

Tireóide e paratireóide

Resolução de objetos menores

Magnificação de estruturas de crianças

Desvantagem – baixa taxa de contagem

Colimador Paralelo Mais utilizado

Baixa, média e alta energia

Baixa energia – Tecnécio – 140 KeV

131_{I – 364 KeV – média energia, mas}

há picos de 600KeV – colimador de alta energia

Colimador de alta resolução/todos os propósitos

Colimadores de tungstênio e outros materiais para captura de fótons de 511KeV (PET)

Colimador Convergente

Aumenta geometricamente a imagem Medicina Nuclear pediátrica

Colimador Divergente

Populares antes da gama câmaras com amplo espectro de visão

Visualização de área mais larga do corpo

Pulmonar de pessoa obesa não é possível com colimador de 10 polegadas de diâmetro

2.5. Processamento de sinais e localização de eventos

• Conceito inovador – uso de várias fotomultiplicadoras atrás do cristal para localização do evento

• A 1ª gama-câmara comercializada tinha um cristal de 10 polegadas acoplado a um feixe hexagonal com 19 fotomultiplicadoras

• Cada evento sofre dois tipos processamento – inicialmente o pulso elétrico de todas as fotomultiplicadoras é somado para realização de análise de pulso. Ao mesmo tempo, a saída de cada fotomultiplicadora é analisada de uma forma diferente, tendo cada uma coordenadas x e y num plano cartesiano, o que vai levar a um processamento da origem mais provável do evento, ao final da soma de todas as informações das 19 fotomultiplicadoras

• Armazenamento da imagem- cada impulso envia um sinal para o dispositivo armazenador da imagem. Nas primeiras câmaras o dispositivo de gravação era um osciloscópio com uma câmara Polaroid. Uma imagem típica era formada por 100mil a 1milhão de eventos individualizados.

•

Matriz de gravação

•

Divisão do campo de estudo em unidades (

pixel

) para

detectar a quantidade de incidência de fóton em cada

pixel

•

Matriz de 32x32 / 64X64 /

128x128 / 256x256

•

Quanto menor o tamanho do pixel (maior matriz) melhor a resolução da imagem, mas é necessário maior tempo ou maior radiação para atingir uma contagem mínima de radiação que permita a formação da imagem

Nº de Fotomultiplicadoras - 19,37,51,61,75 até 91

SPECT – maior atenção à uniformidade dos fotomultiplicadores Arranjo hexagonal e circular

EXAMES ESTÁTICOS

Somação da energia recebida em cada pixel ao final de um

EXAMES DINÂMICOS

Formação da imagem em intervalos de tempo pré-determinados (ex.: 1 seg, 1 min)

MOTILIDADE GÁSTRICA

2.6. Controle de qualidade e computação

• Gama-câmaras são dispositivos complexos- componentes físicos, mecânicos e eletrônicos

• Funcionamento incorreto ou quebra de uma das partes = perda de performance – pode não ser reconhecido através da análise de uma imagem

• Conjunto de testes para avaliação do desempenho:

- uniformidade de campo- utilização de uma fonte radioativa de energia para testar a resposta da câmara. Controle diário.

Teste de uniformidade de campo sem colimador.

- Resolução espacial e linearidade – utilização de fantomas de barras. Controle semanal.

- Determinação da janela – avaliação da melhor de janela de energia para cada radionuclídeo. Controle diário.

Janela centrada corretamente

Acima do fotopico de energia

Abaixo do fotopico

MATRIZ