Een Basic Positron Emissie Tomografie systeem gebouwd om een radioactieve bron localiseren een bi-dimensionale ruimte
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
Een eenvoudige Positron Emissie Tomografie (PET) prototype is gebouwd om de fundamentele werkingsprincipes volledig te karakteriseren. De PET prototype werd door plastic scintillator kristallen koppeling aan fotomultiplicators of PMT's die zijn geplaatst op tegenover elkaar plaatsen van twee gammastralen uitgezonden door een radioactieve bron, die is geplaatst in het geometrische midden van het PET detecteren opstelling. Het prototype bestaat uit vier detektoren geometrisch in een 20 cm diameter cirkel geplaatst, en een radioactieve bron in het midden. Door het verplaatsen van de radioactieve bron centimeters van het centrum het systeem is men in staat om de verplaatsing te detecteren door het meten van de vluchttijd tussen twee PMT en, met deze informatie kan het systeem de virtuele positie in een grafische interface te berekenen. Zo prototype neemt de hoofdprincipes van een PET systeem. Het is in staat om de werkelijke positie van de bron met intervallen van 4 cm in 2 lijnen van de te bepalenbescherming nemen van minder dan 2 min.
Introduction
Positron Emissie Tomografie is een niet-invasieve beeldvormingstechniek voor het verkrijgen van digitale beelden van het inwendige weefsels en organen van het lichaam. Verschillende niet-invasieve technieken bestaan die het mogelijk maken een tot beelden en informatie te verkrijgen over de interne werking van een patiënt, zoals Computer Axial Tomography (TAC) en Magnetic Resonance Imaging (MRI). Beide geven een goede ruimtelijke resolutie en worden bovendien gebruikt voor toepassingen in de anatomische en fysiologische studies. Hoewel relatief PET geeft minder ruimtelijke resolutie, biedt meer informatie over de stofwisseling die zich in de zone van belang. PET wordt veel gebruikt om functionele en morfologische informatie te verkrijgen; de belangrijkste klinische toepassingen zijn op het gebied van oncologie, neurologie en cardiologie. Ook kan PET beelden helpen artsen geven een betere diagnoses, bijvoorbeeld vast tumor behandeling planning.
Het fundamentele werkingsprincipe van PET-systemen is de detectie van twee photons of gammastralen uit een positron annihilatie-electron pair, zowel die in tegengestelde richtingen naar de detectoren, die gewoonlijk bestaan uit scintillator kristallen gekoppeld PMT. De scintillator kristallen transformeren gammastraling in zichtbaar licht, die reist naar een PMT die het lichtsignaal omzet in een elektrische puls via een foto-elektrische proces. Binnen de PMT elektronische apparaten genaamd dynoden aanwezig zijn, waarbij de grootte van de elektrische lading te verhogen voordat deze naar een uitleessysteem. Deze twee gedetecteerde fotonen gemaakt wanneer een positron (positief geladen elektron) uitgezonden door een isotoop vloeistof, dat werd geïnjecteerd in de bloedstroom van het lichaam, vernietigt een elektron in het lichaam. De uitlees systeem meet samenvalt de aankomsttijd van de twee back-to-back fotonen ten opzichte van een tijdsreferentie en verder deze substraten beide keren om het verschil te verkrijgen. Het systeem gebruikt deze tijdsverschil speelt stand wh berekenenere van de stralingsbron uitgezonden zowel fotonen, en dus waar de elektron-positron annihilatie plaatsvond.
Sommige functies van PET systemen moeten worden gedefinieerd om de kwaliteit van het beeld te optimaliseren en ruimtelijke en tijdsresolutie verhogen. Een punt van overweging is de Lijn van Response (LOR), gedefinieerd als de afstand die de twee fotonen te reizen na de vernietiging proces. Een ander punt van overweging is de Time of Flight (TOF). De kwaliteit van de beelden is ook afhankelijk van uiterlijke kenmerken, voornamelijk lichaamsorganen en bewegingen van de patiënt tijdens de behandeling 1 sessie. De isotopen worden gebruikt in PET systemen Beta + emitters genoemd. Deze isotopen hebben een korte halfwaardetijd (in de orde van seconden). Ze worden geproduceerd in deeltjesversnellers (cyclotrons) bij stabiele elementen worden gebombardeerd met protonen of deuteronen veroorzaken van kernreacties. Dergelijke reacties transformeren de stabiele elementen in onstabiele isotopen, zoals C-11, N-13, O-15, F-18 onder anderen2.
Er zijn twee soorten PET. (1) Conventioneel: Deze gebruikt de TOF gegevens alleen om de lijn waarlangs de vernietiging plaatsvond identificeren, maar het is niet in staat de plaats van oorsprong de twee fotonen te bepalen. Het vereist extra analytische of iteratieve reconstructie algoritmen om dit te schatten. (2) TOF PET: maakt gebruik van de TOF verschil met de vernietiging positie van het uitgezonden positron lokaliseren. De tijdsresolutie wordt gebruikt in de reconstructie-algoritme als een kern voor een lokalisatie kansfunctie 3.
De belangrijkste doelstelling is de primaire functies van PET, die gebruikt wordt om een stralingsbron in de ruimte te tonen. De belangrijkste strekking van de hier voorgestelde PET-systeem set is om een basis PET bouw handleiding voor het academisch publiek, en om uit te leggen, op een eenvoudige manier, de belangrijkste eigenschappen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Een belangrijk aspect van dit systeem is een zeer goede controle over ruimte en tijd resoluties. De ruimtelijke resolutie van PET wordt beperkt door de fysische eigenschappen van het radioactief verval en vernietiging, maar ook technische aspecten van het samenvallen inschrijving (stap 1,1 en 1,2) en externe fouten, zoals verplaatsing object tijdens het onderzoek 5. Aldus zal de exacte positie gemeten afhankelijk van het verschil TOF (stap 2,4). Eén techniek om het bereiken van een goede tijdsresolutie meet …
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).
