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1 Mejora de la identificación del cristal de interacción en escáneres PET de alta resolución mediante simulaciones TRABAJO ACADÉMICAMENTE DIRIGIDO: Jacobo.

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1 1 Mejora de la identificación del cristal de interacción en escáneres PET de alta resolución mediante simulaciones TRABAJO ACADÉMICAMENTE DIRIGIDO: Jacobo Cal González Dirigido por: José Manuel Udías Moinelo Samuel España Palomares

2 2 ÍNDICE INTRODUCCIÓN DESCRIPCIÓN DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES

3 3 INTRODUCCIÓN DESCRIPCIÓN DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES INTRODUCCIÓ N

4 Es una técnica de imagen médica funcional que permite estudiar el metabolismo de moléculas marcadas con un átomo emisor de positrones ( 18 FDG) A partir de la radiación detectada se logra una imagen de la distribución de estas moléculas en el paciente, indicando cómo metaboliza ese trazador PET CTPET IMAGEN FUNCIONAL IMAGEN ANATÓMICA

5 5 INTRODUCCIÓN DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES ESCÁNERES PET

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7 7 Materiales centelleadores Tipos de materiales centelladores Orgánicos Inorgánicos – Empleados en PET

8 8 ESCÁNERES PET Fotomultiplicadores Conversión de los fotones visibles producidos en el centelleador en fotoelectrones y posterior multiplicación de los mismos Amplificación ~ 10 6

9 9 ESCÁNERES PET Fotomultiplicadores multiánodo Se emplean en escáneres PET de alta resolución para detectar la posición de interacción del fotón γ incidente Fotomultiplicador Hamamatsu H8500 (rPET) Lógica de Anger Método de cálculo de la posición de interacción en fotomultiplicadores multiánodo

10 10 ESCÁNERES PET Ejemplos de escáneres PET rPETeXplore Vista

11 11 ÍNDICE INTRODUCCIÓN DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES

12 12 CALIDAD DE IMAGEN LOR (Line Of Response) Línea que une los dos detectores en los que se produce una coincidencia A partir de los datos acumulados sobre estas líneas de respuesta se puede reconstruir la imagen, utilizando los algoritmos matemáticos adecuados

13 13 CALIDAD DE IMAGEN Apilamiento y tiempo muerto Apilamiento (pile-up): Se produce la llegada de uno o más fotones adicionales durante el tiempo de integración del pulso Tiempo muerto: tiempo de procesado durante el cual el detector no ofrece respuesta a nuevos sucesos

14 14 CALIDAD DE IMAGEN Profundidad de Interacción (DOI) Phoswich Phoswich dinámico Obtención de la DOI mediante la separación de una sola capa de material centelleador en dos o más capas virtuales sin hardware adicional Obtención de la información de DOI por separación en dos o más capas de cristales centelleadores

15 15 INTRODUCCIÓN DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES OBJETIVOS

16 16 OBJETIVOS Estudio de la influencia de ciertos factores (actividad, tiempo de integración y número de cristales) en la identificación del cristal de interacción Simulación del phoswich real Simulación del phoswich dinámico a partir de la dependencia de los fotones detectados en el fotomultiplicador con la profundidad de interacción (DOI) La calidad de imagen en la tomografía por emisión de positrones depende fuertemente de la capacidad de los detectores para determinar la energía, el tiempo y la posición en la que ocurre una interacción del fotón con el cristal

17 17 INTRODUCCIÓN DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES MÉTODO S

18 18 MÉTODO S PeneloPET Es un entorno de simulación de Montecarlo adaptado a la Tomografía por Emisión de Positrones. Para la simulación de la interacción radiación- materia utiliza PENELOPE y contiene subrutinas propias para la simulación del resto de procesos que tienen lugar en PET Litrani Es un código de simulación basado en métodos de Monte-Carlo y diseñado para simular la propagación de luz visible por medios isótropos y anisotropos Herramientas empleadas

19 19 MÉTODO S Código desarrollado Simulación del array de cristales y del fotomultiplicador multiánodo Realización del phoswich mediante el método de la integral de carga retardada Identificación del cristal de interacción. Tabla de asignación de cristales (LUT- Look Up Table) Cálculo de la relación pico-valle y de la bondad Simulación del phoswich dinámico Relación pico-valle cociente entre las cuentas obtenidas en el pico de un perfil de llenado de campo y la media aritmética de las cuentas que hay de fondo Bondad cociente entre los fotones con cristal de interacción asignado correctamente y el total

20 20 ÍNDICE INTRODUCCIÓN DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES

21 21 RESULTADOS Imágenes de llenado de campo ( rPET: 30x30 cristales LSO ) Llenado de campo: Posiciones de los cristales calculados mediante la lógica de Anger Total1 interacción 2 interacciones Pile-up

22 22 RESULTADOS Imágenes de llenado de campo (eXplore Vista GE: 15x15 cristales LSO-GSO) Total1 interacción 2 interacciones Pile-up

23 23 RESULTADOS Imágenes de llenado de campo (simuladas vs reales) rPET: 30x30 cristales LSO RealSimulado RealSimulado eXplore Vista GE: 13(15)x(13)15 cristales LSO-GSO

24 24 LUT – delimitación de los cristales (rPET y eXplore-Vista) RESULTADOS rPET: 30x30 cristales LSOeXplore Vista GE: 15x15 cristales LSO-GSO

25 25 RESULTADOS Mapas de bondad (rPET y eXplore-Vista) Mapa de bondad: Representación de la bondad en cada bin del llenado de campo rPET: 30x30 cristales LSO eXplore Vista GE: 15x15 cristales LSO-GSO Mapas de bondad y llenados de campo no son lo mismo!!!

26 26 RESULTADOS Influencia de la actividad* en la identificación del cristal de interacción (rPET: 30x30 cristales) *Actividad: Número de interacciones por unidad de tiempo. No es una actividad!!! sino una tasa de detección !! Tiempo de integración: LSO y LYSO = 80 ns GSO = 125 ns BGO = 600 ns

27 27 RESULTADOS Influencia del tiempo de integración en la identificación del cristal de interacción (rPET: 30x30 cristales) Tasa de detección: 10 6 fotones/s

28 28 RESULTADOS Influencia del tamaño de los cristales en la identificación del cristal de interacción (rPET: 30x30 cristales) A mayor número de cristales menor será el tamaño, ya que el tamaño del bloque detector es constante Pitch (mm)Nº de cristales x x x x x x 40

29 RESULTADOS Phoswich Método de la integral de carga retardada El pulso de intensidad que se obtiene en el ánodo del fotomultiplicador tras la interacción se separa en dos partes. La primera parte será la integración total del pulso desde 0 hasta el tiempo de integración, mientras que la segunda parte será la integración de dicho pulso desde un tiempo D, mayor que 0, hasta el tiempo de integración Si se representa la carga total frente a la carga retardada, se podrá distinguir en cuál de los dos centelleadores se produjo la interacción y por lo tanto la profundidad de ésta

30 30 RESULTADOS Phoswich Separación de las capas LSO y GSO mediante el método de la integral de carga retardada: tiempo de retardo: 40 ns Error mínimo de identificación de capa LSO GSO Recta de separación Q ret Q total

31 31 RESULTADOS Phoswich dinámico: Simulación de la producción de luz con Litrani Caso A: Cristal LSO recubierto con Teflón en todas sus caras, excepto la pegada al fotomultiplicador Caso B: Cristal LSO recubierto con Teflón excepto en la cara pegada al fotomultiplicador y en la opuesta, que está cubierta con un absorbente perfecto Caso B

32 32 RESULTADOS Phoswich dinámico: Estudio preliminar de la calidad de imagen Resolución radial obtenida tras la reconstrucción mediante FORE+FBP de una fuente puntual con un escáner eXplore Vista GE

33 33 ÍNDICE INTRODUCCIÓN DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN PET OBJETIVOS DEL TRABAJO MÉTODOS EMPLEADOS RESULTADOS CONCLUSIONES

34 34 CONCLUSIONE S Se ha mejorado y completado una simulación realista para arrays de cristales centelleadores y fotomultiplicadores multiánodo Se ha evaluado el método de Phoswich mediante simulaciones Se ha propuesto un nuevo método para el conocimiento de la DOI del fotón incidente (phoswich dinámico) sin necesidad de realizar escáneres costosos y técnicamente complejos Este nuevo método promete la obtención de buenos resultados en términos de resolución en la imagen obtenida, pendiente de una validación completa sobre imágenes reconstruidas


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