מערכת פליטת פוזיטרוני טומוגרפיה יסוד נבנתה לאתר מקור רדיואקטיבי בשטח הדו-ממדי
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
אב טיפוס פשוט Positron פליטת טומוגרפיה (PET) נבנה לאפיין באופן מלא את עקרונות העבודה הבסיסיות שלו. אב טיפוס PET נוצר על ידי צימוד גבישי scintillator פלסטיק למכפיל אור או PMT של אשר ממוקמים בעמדות מנוגדות לזהות שתי קרני גאמא הנפלטת ממקור רדיואקטיבי, אשר ממוקם במרכז הגיאומטרי של PET הגדרה. אב הטיפוס מורכב מארבעה גלאים להציב גיאומטרי במעגל בקוטר 20 סנטימטר, ומקור רדיואקטיבי במרכז. על ידי הזזת סנטימטרים מקור רדיואקטיבי ממרכז המערכת אחת הוא מסוגל לזהות התזוזה על ידי מדידת הזמן של הבדל טיסה בין כל שני PMT של ו, עם המידע הזה, המערכת יכולה לחשב את המיקום הווירטואלי בממשק גרפי. בדרך זו, אב הטיפוס מתרבה העקרונות העיקריים של מערכת PET. הוא מסוגל לקבוע את העמדה האמיתית של המקור במרווחים של 4 סנטימטר ב2 קווים של דהtection לוקח פחות מ -2 דקות.
Introduction
Positron פליטת טומוגרפיה היא טכניקת הדמיה לא פולשנית המשמשת לקבלת תמונות דיגיטליות של הרקמות ואיברים הפנימיים של הגוף. טכניקות לא פולשנית שונות קיימות המאפשרים אחד כדי להשיג תמונות ומידע על פעולותיו הפנימיות של מטופל, כגון מחשב צירי טומוגרפיה (TAC) ותהודה מגנטית (MRI). שניהם לתת רזולוציה מרחבית טובה ונמצאים בשימוש גם עבור יישומים במחקרים אנטומיים ופיסיולוגיים. למרות שיחסית PET נותן פחות רזולוציה מרחבית, הוא מספק מידע נוסף בנוגע לחילוף החומרים המתרחשים באזור של עניין. PET נעשה שימוש נרחב כדי לקבל מידע פונקציונלי וצורני; היישומים הקליניים העיקריים שלה הם בתחומי האונקולוגיה, נוירולוגיה וקרדיולוגיה. כמו כן, תמונות PET יכולות לסייע לרופאים לתת אבחנות טובות יותר, למשל, להקים תכנון טיפול בגידול.
עיקרון העבודה הבסיסי של מערכות PET הוא זיהוי של שני טלפוניםטון או קרני גמא מגיע מצמד השמדת פוזיטרונים-אלקטרון, גם עף בכיוונים מנוגדים כלפי הגלאים, אשר מורכבים בדרך כלל מגבישי scintillator יחד עם PMTs. גבישי scintillator להפוך קרינת גמא לאור הנראה, שנוסע לPMT אשר ממיר את אות האור לדופק חשמלי באמצעות תהליך הפוטואלקטרי. בתוך המכשירים האלקטרוניים PMT dynodes נקרא נוכח, המגדילים את גודל המטען החשמלי לפני שליחתו למערכת לקריאה החוצה. שני פוטונים זוהו אלה נוצרו כאשר פוזיטרונים (מטען חשמלי חיובי אלקטרונים) הנפלטים על ידי נוזל איזוטופ, אשר הוזרק לזרם הדם של הגוף, משמידה עם אלקטרונים בגוף. צעדי הקריאה מתוך מערכת במקרה את זמן ההגעה של שני הפוטונים גב-אל-גב ביחס להתייחסות זמן ולקדם אותו בשתי הפעמים מצעים להשיג את ההבדל. המערכת עושה שימוש בהפרשי זמן זה כדי לחשב את "ש עמדת החללere מקור הקרינה הנפלט שני הפוטונים, ובכך שבי השמדת אלקטרון-הפוזיטרון התרחשה.
חלק מהתכונות של מערכות PET חייבים להיות מוגדרות כדי לייעל את איכות התמונה ולהגדיל את הרזולוציה מרחבית וזמן. תכונה אחת היא לשקול את הקו של תגובה (שרה"ט), מוגדר כמרחק ששני הפוטונים לנסוע לאחר תהליך ההשמדה. תכונה נוספת שיש לשקול היא הזמן של טיסה (TOF). האיכות של התמונות תלויות גם בתכונות חיצוניות, בעיקר איברי הגוף ותנועותיו של המטופל במהלך פגישת טיפול 1. איזוטופים בשימוש במערכות PET נקראים קרינת ביתא +. יש איזוטופים אלה זמן מחצית חיים קצרים (בסדר הגודל של שניות). הם מיוצרים במאיצי חלקיקים (cyclotrons) כאשר אלמנטים יציבים מופגזים פרוטונים או deuterons שגורמים לתגובות גרעיניות. תגובות כאלה להפוך את האלמנטים יציבים לאיזוטופים יציבים, כגון C-11, N-13, O-15, F-18, בין השאר2.
ישנם שני סוגים של PET. (1) קונבנציונלי: זו משתמשת במידע TOF רק כדי לזהות את הקו שלאורכו התרחשה ההשמדה, אך אין באפשרותו לקבוע את מקום מוצאם של שני הפוטונים. זה דורש אלגוריתמים אנליטיים שחזור או איטרטיבי נוספים כדי להעריך את זה. (2) TOF PET: מנצל את הבדל TOF כדי לאתר את מיקום השמדת פוזיטרונים הנפלטים. הרזולוציה הזמן משמשת באלגוריתם השחזור כליבה לפונקציה הסתברות לוקליזציה 3.
המטרה העיקרית שלנו היא להדגים את הפונקציות העיקריות של PET, המשמש לאיתור מקור קרינה בחלל. ההיקף העיקרי של קבוצת מערכת PET המוצעת כאן הוא לספק מדריך בניית PET בסיסי לציבור האקדמי, ולהסביר, בצורה פשוטה, המאפיינים העיקריים שלה.
Protocol
Representative Results
Discussion
היבט חשוב אחד של מערכת זו הוא שיש שליטה טובה מאוד על החלטות במרחב ובזמן. הרזולוציה מרחבית של PET מוגבל על ידי המאפיינים הפיזיים של הדעיכה רדיואקטיבית וההשמדה, אלא גם על ידי היבטים טכניים של רישום צירוף מקרים (שלבים 1.1 ו -1.2) ועל ידי מקורות חיצוניים של טעויות, כגון תנועת או…
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
- Cerello, P., Pennazio, F., et al. An innovative detector concept for hybrid 4D-PET/MRI. Imaging. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 702, 1-3 (2013).
- Muehllerher, G., Karp, J. S. Positron tomography emission. Phys. Med. Biol. 51, R117-R137 (2006).
- Conti, M. State of the art and challenges of time of flight PET. Physica Medica. 25 (1), 1-11 (2008).
- Abreu, Y., Piñera, I., et al. Simulation of a PET system and study of some geometry parameters. AIP conference. 1032, 219-221 (2008).
- Langner, J. . Development of a parallel Computing optimized head movement correction method in PET. , (2003).
- Budinger, T. F. Time-of-flight PET. J. Nucl Med. 28 (3), 73-78 (1983).
- Leo, W. R. . Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. , (1987).
- Budinger, T. F. Instrumentation trends in nuclear medicine. Semin Nucl Med. 7 (4), 285-297 (1977).
- Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Browner, G. L. A Positron tomography employing a one dimension BGO scintillation camera. IEEE Trans. Nucl. Sci. 30 (1), 661-664 (1983).
- Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Steams, C. W., Browner, G. L. Design of a cylindrical shape scintillation camera for positron tomographs. IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 (1), 889-893 (1985).
