Un Positron Emission Tomography di base del sistema Costruito per individuare una sorgente radioattiva in uno spazio bidimensionale
Summary
We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.
Abstract
Un prototipo semplice Positron Emission Tomography (PET) è stato costruito per caratterizzare completamente i principi di lavoro di base. Il prototipo PET è stato creato con l'accoppiamento di cristalli scintillatori plastici per fotomoltiplicatori o PMT che sono collocati in posizioni contrapposte di rilevare due raggi gamma emessi da una sorgente radioattiva, di che si trova nel centro geometrico della PET set-up. Il prototipo è costituito da quattro rivelatori posti geometricamente in un cerchio di diametro 20 cm, e una sorgente radioattiva nel centro. Spostando i centimetri sorgenti radioattive dal centro un sistema in grado di rilevare lo spostamento misurando il tempo di volo differenza tra due PMT e, con queste informazioni, il sistema può calcolare la posizione virtuale in un'interfaccia grafica. In questo modo, il prototipo riproduce i principi fondamentali di un sistema PET. È in grado di determinare la posizione reale della sorgente con intervalli di 4 cm in 2 linee di deprotezione prendendo meno di 2 min.
Introduction
Positron Emission Tomography è una tecnica di imaging non invasiva utilizzata per ottenere immagini digitali dei tessuti interni e gli organi del corpo. Esistono varie tecniche non invasive che permettono di ottenere immagini e le informazioni sui meccanismi interni di un paziente, come computer tomografia assiale (TAC) e la risonanza magnetica (MRI). Entrambi danno buona risoluzione spaziale e vengono inoltre utilizzati per applicazioni in studi anatomici e fisiologici. Sebbene relativamente PET dà meno risoluzione spaziale, che fornisce ulteriori informazioni riguardanti il metabolismo si verificano nella zona di interesse. PET è ampiamente utilizzato per ottenere informazioni funzionali e morfologiche; le sue principali applicazioni cliniche sono nel campo della oncologia, neurologia e cardiologia. Inoltre, le immagini PET possono aiutare i medici danno le diagnosi migliori, ad esempio, stabilire la pianificazione del trattamento del tumore.
Il principio di funzionamento di base dei sistemi PET è l'individuazione di due photonnellate o raggi gamma provenienti da una coppia elettrone-annichilazione di positroni, sia volando in direzioni opposte verso i rivelatori, che comunemente costituiti da cristalli scintillatori accoppiati con PMT. I cristalli scintillatori trasformano radiazioni gamma in luce visibile, che viaggia ad una PMT che converte il segnale luminoso in un impulso elettrico attraverso un processo fotoelettrico. All'interno dei dispositivi elettronici PMT denominati dinodi sono presenti, che aumentano la grandezza della carica elettrica prima di inviarlo ad un sistema di lettura-out. Questi due fotoni rilevati sono stati creati quando un positrone (caricato positivamente elettroni) emessa da un fluido isotopo, che è stato iniettato nel sangue del corpo, annichila con un elettrone nel corpo. Il sistema misura lette nel caso il tempo di arrivo dei fotoni due back-to-back rispetto ad un riferimento temporale e ulteriormente substrati entrambe le volte per ottenere la differenza. Il sistema utilizza questa differenza di tempo per calcolare le posizioni wh spazioere la sorgente di radiazione emessa entrambi i fotoni, e quindi dove è avvenuto l'annichilazione elettrone-positrone.
Alcune caratteristiche dei sistemi PET devono essere definite per ottimizzare la qualità dell'immagine e per aumentare la risoluzione spaziale e temporale. Una caratteristica da considerare è la linea di risposta (LOR), definita come la distanza che i due fotoni viaggiano dopo il processo di annientamento. Un'altra caratteristica da considerare è il Time of Flight (TOF). La qualità delle immagini dipende anche caratteristiche esterne, soprattutto gli organi corporei e movimenti del paziente durante il trattamento 1. Gli isotopi utilizzati nei sistemi PET sono detti emettitori beta +. Questi isotopi hanno una breve emivita (dell'ordine di secondi). Sono prodotti in acceleratori di particelle (Ciclotroni) quando elementi stabili sono bombardati con protoni o deutoni provocando reazioni nucleari. Tali reazioni trasformano gli elementi stabili in isotopi instabili come C-11, N-13, O-15, F-18, tra gli altri2.
Ci sono due tipi di PET. (1) convenzionale: questo utilizza le informazioni TOF solo per identificare la linea lungo la quale si è verificata la distruzione, ma è in grado di determinare il luogo di origine dei due fotoni. Si richiede ulteriori algoritmi di ricostruzione analitica o iterativo di stimare questo. (2) TOF PET: utilizza la differenza TOF per individuare la posizione annichilazione del positrone emesso. La risoluzione temporale è utilizzato nell'algoritmo di ricostruzione come kernel per una funzione di probabilità di localizzazione 3.
L'obiettivo principale è quello di dimostrare le funzioni primarie di PET, che viene utilizzato per localizzare una sorgente di radiazione nello spazio. Lo scopo principale del set sistema PET proposto è quello di fornire una guida alla costruzione PET di base per il pubblico accademico, e di spiegare, in modo semplice, le proprietà principali.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un aspetto importante di questo sistema è quello di avere un buon controllo sulla risoluzioni spaziali e temporali. La risoluzione spaziale del PET è limitata dalle caratteristiche fisiche del decadimento radioattivo e l'annientamento, ma anche da aspetti tecnici della registrazione coincidenza (passi 1.1 e 1.2) e da sorgenti esterne di errori, come il movimento dell'oggetto durante l'esame 5. Così, la posizione esatta misurata dipende dalla differenza TOF (punto 2.4). Una tecnica per ottenere …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We are very grateful for the financial support of the Physics Department of CINVESTAV. We also want to thank our technician Marcos Fontaine Sanchez for his remarkable assistance with the set up. Thanks a lot to Sarah LaPointe for reviewing the English-language of this document.
Materials
| Low threshold Discriminator | CAEN | N845 | |
| Logic Units | Lecroy | 365AL | |
| Time delay | CAEN | N108A | |
| Oscilloscope | Tektronic | TDS3014C | |
| Quad Scaler and preset counter | CAEN | N1145 | |
| TDC | Lecroy | 2228 | |
| PMT’s | Hamamatsu | H5783p | |
| Power Chasis | Lecroy | 1403 | |
| GPIB Interface | Lecroy | 8901A | |
| NIM Power Supply | Lecroy | 1002B | |
| CAMAC Crate | Borer-co | 1902A | |
| Scintillator Crystals | Bicron | 408 | 1cm x 2cm x 5cm |
| Power Supply | Agilent | E3631 | |
| Na 22 Radioactive Source | activiti 2μCi | ||
| Software LabView 7.1 | National intruments | ||
| lemo cables connectors | 2ns, 3ns and 8ns | ||
| isolator film |
References
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