Una Tomografía por Emisión de Positrones Sistema Básico Construido para localizar una fuente radiactiva en un espacio bidimensional
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 simple Tomografía por Emisión de Positrones (PET) prototipo ha sido construido para caracterizar completamente sus principios básicos de trabajo. El prototipo PET fue creado por el acoplamiento de cristales de centelleo de plástico para fotomultiplicadores PMT o del que se colocan en posiciones opuestas para detectar dos rayos gamma emitidos desde una fuente radiactiva, de los cuales se coloca en el centro geométrico de la PET set-up. El prototipo consta de cuatro detectores colocados geométricamente en un círculo de diámetro 20 cm, y una fuente radiactiva en el centro. Al mover los centímetros de fuentes radiactivas desde el centro del sistema es capaz de detectar el desplazamiento midiendo el tiempo de vuelo de la diferencia entre cualesquiera dos de PMT y, con esta información, el sistema puede calcular la posición virtual en una interfaz gráfica. De esta manera, el prototipo reproduce los principios fundamentales de un sistema de PET. Es capaz de determinar la posición real de la fuente con intervalos de 4 cm en 2 líneas de deprotección teniendo menos de 2 min.
Introduction
Por emisión de positrones es una técnica de imagen no invasiva utilizada para la obtención de imágenes digitales de los tejidos internos y órganos del cuerpo. Existen diversas técnicas no invasivas que permiten obtener imágenes e información sobre el funcionamiento interno de un paciente como Computer Tomografía Axial (TAC) y la resonancia magnética (RM). Ambos dan buena resolución espacial y se utilizan, además, para aplicaciones en estudios anatómicos y fisiológicos. Aunque comparativamente PET da menos resolución espacial, proporciona más información sobre el metabolismo que ocurre en la zona de interés. PET es ampliamente utilizado para obtener información funcional y morfológica; sus principales aplicaciones clínicas están en el campo de la oncología, neurología y cardiología. Además, las imágenes de PET pueden ayudar a los médicos dan mejores diagnósticos, por ejemplo, establecer la planificación del tratamiento de tumores.
El principio de funcionamiento básico de los sistemas de PET es la detección de dos photoneladas o rayos gamma procedentes de un par de aniquilación de positrones-electrones, tanto volando en direcciones opuestas hacia los detectores, que normalmente consisten en cristales de centelleo junto con PMT. Los cristales de centelleo transforman la radiación gamma en luz visible, que viaja a un PMT que convierte la señal de luz a un impulso eléctrico a través de un proceso fotoeléctrico. Dentro de los dispositivos electrónicos PMT llamados dynodes están presentes, lo cual aumenta la magnitud de la carga eléctrica antes de enviarlo a un sistema de lectura. Estos dos fotones detectados fueron creados cuando un positrón (electrón cargado positivamente) emitida por un fluido de isótopos, que se inyecta en el torrente sanguíneo del cuerpo, aniquila con un electrón en el cuerpo. Las medidas del sistema de lectura de salida en la coincidencia del tiempo de la llegada de los dos fotones de tú a tú con respecto a una referencia de tiempo y además es sustratos en ambas ocasiones para obtener la diferencia. El sistema utiliza esta diferencia de tiempo para calcular las wh posición espacioere la fuente de radiación emitida ambos fotones, y por lo tanto donde se produjo la aniquilación electrón-positrón.
Algunas características de los sistemas de PET se deben definir para optimizar la calidad de la imagen y para aumentar la resolución espacial y temporal. Una característica a tener en cuenta es la Línea de Respuesta (LOR), que se define como la distancia que los dos fotones viajan después del proceso de aniquilación. Otra característica a considerar es el tiempo de vuelo (TOF). La calidad de las imágenes también depende de las características externas, principalmente los órganos corporales y los movimientos del paciente durante la sesión de tratamiento 1. Los isótopos utilizados en los sistemas de PET son llamados beta + emisores. Estos isótopos tienen una vida media corta (del orden de segundos). Se producen en aceleradores de partículas (ciclotrones) cuando los elementos estables son bombardeados con protones o deuterones que causan reacciones nucleares. Tales reacciones transforman los elementos estables en isótopos inestables, tales como C-11, N-13, O-15, F-18 entre otros2.
Hay dos tipos de PET. (1) Convencional: este utiliza la información TOF sólo para identificar la línea por la que se produjo la aniquilación, pero es incapaz de determinar el lugar de origen de los dos fotones. Se requiere algoritmos de reconstrucción analítica o iterativo adicionales para estimar esto. (2) TOF PET: utiliza la diferencia TOF para localizar la posición de la aniquilación del positrón emitido. La resolución de tiempo se utiliza en el algoritmo de reconstrucción como un núcleo para una función de probabilidad de localización 3.
Nuestro objetivo principal es demostrar las funciones primarias de PET, que se utiliza para localizar una fuente de radiación en el espacio. El ámbito principal del conjunto del sistema PET que aquí se propone es el de proporcionar una guía básica de construcción de PET para el público académico, y explicar, de una manera sencilla, sus principales propiedades.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un aspecto importante de este sistema es tener un muy buen control sobre las resoluciones espaciales y temporales. La resolución espacial de PET está limitada por las características físicas de la desintegración radiactiva y la aniquilación, sino también por aspectos técnicos de la inscripción coincidencia (pasos 1.1 y 1.2) y por fuentes externas de errores, tales como movimiento del objeto durante el examen 5. Por lo tanto, la posición exacta medida dependerá de la diferencia TOF (paso 2.4). Una t…
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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