Simulaciones Avanzadas Aplicadas al Diseño de Escáneres y Mejora de la Calidad de Imagen en Tomografía por Emisión de Positrones realizada por Samuel España.

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1 Simulaciones Avanzadas Aplicadas al Diseño de Escáneres y Mejora de la Calidad de Imagen en Tomografía por Emisión de Positrones realizada por Samuel España Palomares dirigida por José Manuel Udías Moinelo 31 de marzo de 2009 Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear Universidad Complutense de Madrid Programa de Doctorado de Física Nuclear

2 Tabla de contenidos Introducción Motivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/20092Samuel España Palomares

3 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/20093Samuel España Palomares

4 no invasiva imagenEs una técnica no invasiva de diagnóstico e investigación por imagen imagen funcionalProporciona imagen funcional: permite visualizar los procesos bioquímicos que ocurren en el interior de los organismos vivos clínicasAplicaciones clínicas: diagnóstico en oncología, cardiología, neurología preclínicasAplicaciones preclínicas: desarrollo de nuevos fármacos y terapias. Ingeniería genética. In vivo Tomografía por emisión de positrones (PET) 31/03/20094Samuel España Palomares

5 31/03/2009Samuel España Palomares5 PET clínico Estructural (CT)Funcional (PET)Fusión (PET-CT) Hudson Valley Imaging

6 31/03/2009Samuel España Palomares6 PET preclínico Dr Garcia-Barreno, UMCE Hospital Gregorio MarañonDrs. S. Fanti, and C. Nanni Policlinico S.Orsola, University of Bologna

7 isótopo β +Producción del isótopo β + (ciclotrón) radiofármacoSe marca trazador (radiofármaco - FDG) inyectaSe inyecta al paciente Se adquieren datosSe adquieren datos con el escáner PET Se procesan corrigenSe procesan y corrigen los datos Se reconstruyeSe reconstruye la imagen Se analizaSe analiza la imagen Procedimiento 31/03/20097Samuel España Palomares

8 Procedimiento 18 O(p,n) 18 F p+p+ 18 O 18 Fn FDG Glucosa 31/03/20098Samuel España Palomares

9 Escáner PET Física del PET 31/03/20099Samuel España Palomares Escáner PET Radioisótopo Efecto Compton No colinealidad Rango Fotón 511 keV Aniquilación Positrón Fotón 511 keV Klein-Nishina Línea de respuesta (LOR) Efecto Fotoeléctrico Tubo de respuesta (TOR)

10 31/03/2009Samuel España Palomares10 Formación de la imagen

11 Detector PET Cristal centelleador Fotomultiplicador Bloque detector Anillo detector 31/03/200911Samuel España Palomares

12 Detector PET Cristal de centelleo 31/03/200912Samuel España Palomares Dínodos Fotomultiplicador Nº fotones Energía depositada Energía depositada Posición de interacción

13 31/03/2009Samuel España Palomares13 Posicionamiento Fotomultiplicador s ensible a la posición SX1SX2SX3SX4 Centroide XY Llenado de campo

14 Ideal Rango del positrón No-colinealidad Tamaño y dispersión en detector Dispersión Aleatorias Atenuación Apilamiento Limitaciones 31/03/200914Samuel España Palomares Verdaderas

15 Apilamiento Tiempo Voltaje Sin apilamientoCon apilamiento 31/03/200915Samuel España Palomares

16 Resolución espacial Sensibilidad Tasa de conteo. Curva NEC Resolución energía Resolución temporal Fracción de dispersión Coeficientes de recuperación Caracterización 31/03/200916Samuel España Palomares

17 Noise equivalent count-rate (NEC) Mide la tasa de coincidencias que resultaría con la misma relación señal-ruido en los datos para un escáner equivalente sin coincidencias dispersadas ni aleatorias Tasa NEC 31/03/200917Samuel España Palomares

18 Curva NEC 31/03/200918Samuel España Palomares Actividad Tasa de conteo verdaderas aleatorias dispersión NEC total

19 31/03/2009Samuel España Palomares19 Efecto de volumen parcial PSF RealMedido Actividad Posición

20 Coeficiente de recuperación Actividad RealMedido 31/03/200920Samuel España Palomares

21 31/03/2009Samuel España Palomares21 Maniquí Derenzo

22 ratasratonesEstudios con ratas y ratones 1 mmResolución espacial ≈ 1 mm 0,5 – 10 %Sensibilidad: 0,5 – 10 % Menor diámetro => menor efecto de la no-colinealidad sobre la resolución TOFNo es posible tiempo de vuelo (TOF) DOIMayor efecto de la profundidad de interacción (DOI) PET para animales pequeños 31/03/200922Samuel España Palomares

23 Profundidad de interacción DOI 31/03/200923Samuel España Palomares

24 31/03/2009Samuel España Palomares24 Monte Carlo Permite resolver problemas complejos mediante la utilización de números aleatorios Área cuadrado Área círculo Área cuadrado = Área cuadrado ·dentro fuera+dentro

25 Tiempo entre decaimientos Isótopo y modo de decaimiento Coordenadas, energía y dirección de emisión Rango del positrón No-colinealidad Recorrido libre entre interacciones Tipo de interacción Energía depositada en cada interacción Ángulo de desviación en cada interacción Electrónica de detección 31/03/2009Samuel España Palomares25 Monte Carlo - PET

26 Aplicaciones:Aplicaciones: –Diseño de escáneres –Procesado de datos –Corrección de datos –Reconstrucción de imagen 31/03/2009Samuel España Palomares26 Monte Carlo - PET [1] R L Harrison (1993) IEEE Nuc Sci Symp, 1154-1158 [2] S Jan et al (2004) Phys Med Biol, 49, 4543-4561 [3] H Zaidi (1999) Comput Methods Programs Biomed, 58, 133-145 [4] C J Thomson (1992) Phys Med Biol, 37, 731-749 Algunos códigos existentes:Algunos códigos existentes: –SimSET [1] –GATE [2] (GEANT4) –Eidolon [3] (MCNP) –PETSIM [4]

27 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/200927Samuel España Palomares

28 simulación realista diseño reconstrucción adquisiciónprocesado correcciónLa simulación realista de escáneres PET puede usarse para: mejorar el diseño de escáneres, cálcular la MRS utilizada en la reconstrucción, aplicar mejoras en la adquisición, procesado y corrección de datos imágenes de mejor calidadDe este modo se pueden obtener imágenes de mejor calidad: mejor resolución espacial, mejor relación señal-ruido, mejor cuantificación ordenadores más potentes paquetes de simulación Monte CarloLos ordenadores más potentes y los paquetes de simulación Monte Carlo para interacción radiación- materia permiten incorporar en la simulación más detalles de los escáneres PET Motivaciones 31/03/200928Samuel España Palomares

29 simulación realista y rápida de escáneres PETDisponer de una herramienta Monte Carlo para la simulación realista y rápida de escáneres PET que permita comprender a fondo los procesos que tienen lugar en la adquisición de datos Mejorar la calidad PET simulación Monte CarloMejorar la calidad de las imágenes PET reconstruidas utilizando de manera intensiva los métodos de simulación Monte Carlo animales pequeñosEste trabajo se centra en los escáneres PET de alta resolución para animales pequeños Objetivos 31/03/200929Samuel España Palomares

30 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivosMotivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPET Cálculo de la SRM para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones 31/03/200930Samuel España Palomares

31 PeneloPET, una herramienta Monte Carlo basada en PENELOPE para la simulación realista de escáneres PET PeneloPET 31/03/200931Samuel España Palomares

32 PENELOPE [5] Interacción radiación-materia → FORTRAN 77 Electrones, positrones y fotones Rango de energías [100 eV - 1 GeV] Robusto, rápido y preciso PeneloPET [6] Simulaciones de PET sobre PENELOPE Configuración con ficheros de texto sin formato Diversos formatos de salida PeneloPET [5] J Baró et al (1995) Nucl Inst Meth In Phy Res B, 100, 31-46 [6] S España et al (2009) Phys Med Biol, 54, 1723-1742 31/03/200932Samuel España Palomares

33 Tiempo entre decaimientos (PeneloPET) Isótopo y modo de decaimiento (PeneloPET) Coord., energía y dirección de emis. (PeneloPET) Rango del positrón (PeneloPET) No-colinealidad (PeneloPET) Recorrido libre entre interacciones (PENELOPE) Tipo de interacción (PENELOPE) Energía depositada (PENELOPE) Ángulo de desviación (PENELOPE) Electrónica de detección (PeneloPET) 31/03/2009Samuel España Palomares33 Monte Carlo - PET

34 Bloques detectores en disposición de anillo Blindajes y maniquíes Distribución de actividad (isótopo, actividad, geometría) Rango del positrón, no-colinealidad Anger, resolución temporal y en energía, respuesta temporal, apilamiento de pulsos, tiempo muerto, integración, ventana de coincidencias, TOF Formatos de salida: modo lista, sinogramas, histogramas de LOR Paralelizable mediante un script python Características de PeneloPET 31/03/200934Samuel España Palomares

35 31/03/2009Samuel España Palomares35 Paralelización Tiempo adquisición Actividad inicial Configuración Tiempo-1 Actividad-1 Configuración Tiempo-2 Actividad-2 Configuración Tiempo-N Actividad-N Configuración... Resultados

36 Singles, Coincidencias, Apilamiento, Tiempo muerto, Integración, SALIDA Geometría, Materiales, Fuentes, Tiempo, Interacciones, ENTRADA PeneloPET [6] PENELOPE Estructura del código [6] S España et al (2009) Phys Med Biol, 54, 1723-1742 31/03/200936Samuel España Palomares

37 PeneloPETGATE GFN-Complutense Fortran 77. PENELOPE. Modular Configuración en texto sin formato Linux, Windows, Mac OS Instalación: cinco minutos Curva de aprendizaje: dos días Validado Rápido y preciso PET (¿SPECT & CT?) Fuentes analíticas y voxelizadas Mapas de atenuación analíticos Entorno gráfico Movimiento del escáner Paralelizado Colaboración internacional C++. GEANT4. Orientado a objetos Configuración con Scripts Linux, Mac OS Instalación: una semana o más Curva de aprendizaje: un mes Validado Preciso pero lento PET & SPECT Fuentes analíticas y voxelizadas Mapas de atenuación analíticos y voxel. Entorno gráfico Movimiento del escáner y maniquí Paralelizado MejorIgualPeor Comparación con GATE 31/03/200937Samuel España Palomares

38 Se ha desarrollado una herramienta Monte Carlo para la simulación de escáneres PET Se han simulado los procesos físicos y los pasos de la electrónica necesarios para conseguir resultados realistas Las simulaciones requieren un tiempo mínimo de preparación y han sido diseñadas para ser rápidas Un script python permite ejecutar una simulación en procesos paralelos Conclusiones Desarrollo de PeneloPET 31/03/200938Samuel España Palomares

39 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivosMotivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPETDesarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/200939Samuel España Palomares

40 Sólo fotones de aniquilación (511 keV) Procesador Intel Xeon X5472 3 GHzPeneloPETGATE 75000 e + /sec12000 e + /sec × 6 Velocidad de simulación PeneloPET vs. GATE 18 F 31/03/200940Samuel España Palomares

41 Suinsa rPET GE eXplore Vista DR Raytest ClearPET Siemens Inveon 31/03/2009Samuel España Palomares41 Comparación con escáneres reales

42 Suinsa rPET [7] Diámetro16 cm FOV Transaxial (Axial) 4,8 cm (4,8 cm) Detectores4 PMTs Cristales3600 Tamaño del cristal1,5 mm 2 × 12 mm MaterialMLS [7] J J Vaquero et al (2005) IEEE Nuc Sci Symp, 5, 2885-2889 31/03/200942Samuel España Palomares

43 Perfiles radiales del sinograma Simulación vs. datos rPET 31/03/200943Samuel España Palomares

44 GE eXplore Vista DR 31/03/200944Samuel España Palomares Diámetro11,8 cm FOV Transaxial (Axial) 6,8 cm (4,8 cm) Detectores36 PMTs Cristales12168 Tamaño del cristal1,55 mm 2 × (7 + 8) mm MaterialLYSO + GSO

45 Perfil axial de sensibilidad Resolución radial Simulación vs. Datos eXplore Vista [8] [8] Y Wang et al (2006) J of Nuc Med, 47, 1891-1900 31/03/200945Samuel España Palomares

46 Raytest ClearPET [9] [9] U Heinrichs et al (2003) IEEE Trans Nuc Sci, 50, 1428-32. 31/03/200946Samuel España Palomares Diámetro13,5 cm FOV Transaxial (Axial) 10 cm (11 cm) Detectores80 PMTs Cristales5120 Tamaño del cristal1,55 mm 2 × (10 + 10) mm MaterialLYSO + LuYAP

47 Perfil axial de sensibilidad Simulación vs. Datos ClearPET [10] [10] P Sempere Roldan et al (2007) IEEE Nuc Sci Symp, 4, 2859-2864 31/03/200947Samuel España Palomares

48 Se ha comprobado que las simulaciones realizadas con PeneloPET son más rápidas que las simulaciones equivalentes con GATE Se ha realizado una validación exhaustiva de PeneloPET mediante la comparación de las simulaciones con datos reales de varios escáneres PET comerciales de animales pequeños El buen acuerdo entre datos reales y simulados indica el buen funcionamiento de PeneloPET Conclusiones Validación de PeneloPET 31/03/200948Samuel España Palomares

49 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivosMotivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPETDesarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPETValidación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/200949Samuel España Palomares

50 FIRST [11] : Fast Iterative Reconstruction Software for Tomography (3D-OSEM): –Histogramas de LOR –Sinogramas –Modo lista SUINSA VrPET-CT GE eXplore VISTA DR Reconstrucción de imagen [11] J L Herraiz, S España et al (2006) Phys Med Biol, 51, 4547-4565 31/03/200950Samuel España Palomares

51 Algoritmo EM-ML [12] [12] L A Shepp et al (1982), IEEE Trans Med Imaging, 1, 113-122 31/03/200951Samuel España Palomares Imagen estimada Matriz de respuesta del sistema proyección Datos estimadosDatos medidos retroproyección

52 Imagen reconstruidaDatos estimados Datos medidos Convergencia EM-ML y OSEM [13] 31/03/200952Samuel España Palomares EM-ML OSEM 50 iteraciones 1 iteración 50 subsets 1 iteración [13] H M Hudson et al (1994) IEEE Trans Med Imaging, 13, 604-609

53 La calidad de la imagen reconstruida depende de lo realista que sea la MRS. Hemos realizado un cálculo realista de la MRS mediante simulaciones Monte Carlo que incluyen: rango del positron, no-colinealidad y penetración en cristal Matriz de respuesta del sistema 31/03/200953Samuel España Palomares

54 31/03/2009Samuel España Palomares54 Matriz de respuesta del sistema La MRS es calculada en 100 núcleos de procesadores AMD Opteron en un tiempo de 2 días Se almacenan perfiles de probabilidad independientes del tamaño del vóxel

55 LongitudinalTransversal Perfiles de probabilidades 31/03/200955Samuel España Palomares

56 31/03/2009Samuel España Palomares56 Quasi-simetrías

57 31/03/2009Samuel España Palomares57 Simetrías Rotación Traslación Reflexión

58 31/03/2009Samuel España Palomares58 Tamaño MRS GE eXplore Vista DR 10 5 GBytes Tamaño total ~ 10 5 GBytes 600 GBytes Valores no nulos ~ 600 GBytes 10 GBytes Simetrías ~ 10 GBytes 30 -150 Mbytes (RAM) Quasi-simetrías ~ 30 -150 Mbytes (RAM)

59 Resolución espacial GE eXplore Vista DR 31/03/200959Samuel España Palomares Resolución espacial 3D-OSEM Tiempo de reconstrucción: 2,7 minutos 1 cama, 4 CPUs (maestro + 4 esclavos) Procesador Intel Xeon X5472 3 GHz

60 3 camas, ratón 25 g 18 FDG 18 F Imágenes resultantes GE eXplore Vista DR Convencional FIRST ® 31/03/200960Samuel España Palomares

61 Se ha estimado la matriz de respuesta del sistema mediante simulaciones realistas con PeneloPET y se ha utilizado en la reconstrucción de imágenes mediante el método 3D-OSEM Utilizando quasi-simetrías se puede almacenar la MRS realista en la memoria de ordenadores, lo cual permite acelerar las reconstrucciones La calidad de las imágenes obtenidas indica que la MRS usada es efectivamente adecuada Conclusiones Cálculo de la MRS para 3D-OSEM 31/03/200961Samuel España Palomares

62 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivosMotivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPETDesarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPETValidación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEMCálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/200962Samuel España Palomares

63 Single-crystalMultiple-crystal Motivación [14] [14] S España et al (2007) IEEE Nuc Sci Symp, 5, 3876-3880 31/03/200963Samuel España Palomares

64 Coordenadas XY de posicionamiento Energía depositada Tasa de conteo Parámetros estimación single-crystal X Y 31/03/200964Samuel España Palomares

65 TotalSingle-crystalMultiple-crystal Coordenadas XY 31/03/200965Samuel España Palomares X Y X Y X Y

66 Energía depositada 31/03/200966Samuel España Palomares

67 Tasa de conteo 31/03/200967Samuel España Palomares Tasa de conteo (kcps) Probabilidad

68 Coordenadas XYEnergía depositada Tasa de conteo 31/03/200968Samuel España Palomares

69 Estimación single-crystal XY 1 E 1 Tasa 1 XY 2 E 2 Tasa 2 P SC1 P MC1 = 1-P SC1 P SC2 P MC2 = 1-P SC2 DATOS SC-SC DATOS SC-MC DATOS MC-SC DATOS MC-MC 31/03/200969Samuel España Palomares

70 Distintas MRS SC MC SC MC MC SC Probabilidad 31/03/200970Samuel España Palomares

71 Distintas MRS 31/03/200971Samuel España Palomares

72 3D-OSEM 1.Standard 2.Single-crystal 2.Single-crystal: SC-SC 3.Improved 3.Improved: SC-SC, SC-MC, MC-SC, MC-MC Modos de reconstrucción 31/03/200972Samuel España Palomares VrPET rPET

73 Maniquí de calidad de imagen [15] Capilar 1 mm Coeficientes de recuperación Simulación IQ-FDG VrPET [15] NEMA (2008). National Electrical Manufacturers Association. 31/03/200973Samuel España Palomares

74 Resolución espacial Simulación 22 Na VrPET 31/03/200974Samuel España Palomares

75 StandardSingle-crystalImproved Adquisiciones reales Derenzo-FDG VrPET 31/03/200975Samuel España Palomares

76 Standard Single-crystal Adquisiciones reales Derenzo-FDG rPET 31/03/200976Samuel España Palomares

77 Standard Single-crystal Adquisiciones reales Ratón-FDG rPET 31/03/200977Samuel España Palomares

78 El conocimiento a priori de los eventos single-crystal en el proceso de reconstrucción permite obtener imágenes con mejor relación señal-ruido y que convergen en menor número de subiteraciones PeneloPET permite obtener información a priori de los datos adquiridos, y hace posible la mejora de las imágenes reconstruidas Conclusiones Estimación a priori de eventos single-crystal 31/03/200978Samuel España Palomares

79 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivosMotivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPETDesarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPETValidación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEMCálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystalEstimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/200979Samuel España Palomares

80 Herramienta de diseño de escáneres basada en PeneloPET Parámetros de entrada: –Número de detectores, anillos, cristales, diámetro del escáner, materiales, FOV, tamaño de cristal y reflector, electrónica Salida, caracterización completa del escáner: –Parámetros básicos –Resolución espacial –Sensibilidad –Curva NEC (diferentes tamaños de maniquí) Diseño de escáneres PET 31/03/200980Samuel España Palomares

81 Parámetros básicos 31/03/200981Samuel España Palomares

82 Resolución vs. sensibilidad @ CFOV 31/03/200982Samuel España Palomares

83 Resolución vs. radio 31/03/200983Samuel España Palomares

84 Rotación del escáner - rPET 31/03/200984Samuel España Palomares Continua Con paradas

85 Sinograma vs. histograma de LOR 31/03/200985Samuel España Palomares

86 Con paradas Simulación Derenzo-FDG 31/03/200986Samuel España Palomares @ 1 cm centro del FOV 2 iteraciones 75 subsets Con paradas Continua Resolución radial Resolución tangencial 0.75 mm 0.87 mm 1.07 mm 1.30 mm ~ 30% mejor resolución Continua

87 Se han determinado los parámetros de configuración más relevantes que deben ser tenidos en cuenta a la hora de diseñar un escáner PET con los mejores resultados de resolución espacial, sensibilidad y tasa de conteo PeneloPET es una herramienta potente para el diseño de nuevos escáneres PET de animales pequeños Conclusiones Diseño de escáneres PET 31/03/200987Samuel España Palomares

88 Tabla de contenidos IntroducciónIntroducción Motivaciones y objetivosMotivaciones y objetivos Desarrollo de PeneloPETDesarrollo de PeneloPET Validación de PeneloPETValidación de PeneloPET Cálculo de la MRS para 3D-OSEMCálculo de la MRS para 3D-OSEM Estimación a priori de eventos single-crystalEstimación a priori de eventos single-crystal Diseño de escáneres PETDiseño de escáneres PET Conclusiones generales 31/03/200988Samuel España Palomares

89 Se ha desarrollado y validado PeneloPET, un paquete de simulación MC para PET, que produce simulaciones realistas y rápidas Se han contrastado las predicciones de PeneloPET contra resultados de mediciones reales en varios escáneres preclínicos. Hay muy buen acuerdo entre simulación y experimento Se ha demostrado la versatilidad de peneloPET con varios ejemplos Conclusiones generales (I/II) 31/03/200989Samuel España Palomares31/03/200989Samuel España Palomares

90 Por su rapidez y versatilidad (corre en paralelo en clusters) se ha utilizado con éxito para: Precalcular la MRS que se utiliza en reconstrucciones ML-EM y OSEM. La combinación de MRS realista con OSEM produce imágenes de gran calidad Estimar la fiabilidad de cada coincidencia registrada por el escáner PET, lo que permite mejoras significativas en la imagen Optimizar el diseño de nuevos escáneres PET, donde ha demostrado su utilidad para encontrar la configuración óptima de cada escáner Conclusiones generales (II/II) 31/03/200990Samuel España Palomares31/03/200990Samuel España Palomares

91 Simulaciones Avanzadas Aplicadas al Diseño de Escáneres y Mejora de la Calidad de Imagen en Tomografía por Emisión de Positrones realizada por Samuel España Palomares dirigida por José Manuel Udías Moinelo 31 de marzo de 2009 Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear Universidad Complutense de Madrid Programa de Doctorado de Física Nuclear

92 31/03/2009Samuel España Palomares92 NaIBaF 2 BGOLSOGSOLuAPLaBr 3 Z efectivo 51547466596346,9 Desidad (g/cm 3 ) 3,674,897,17,46,78,35,3 Producción de luz [%NaI:Tl] 100515754130149 Longitud de Onda (nm) 410220480420430355358 Constante decaimiento (ns) 2300,830040561735 HigroscópicoSíNo Sí Centelleadores

93 Simulación y reconstrucción PET clínicos Simulación y reconstrucción SPECT SiPM para PET y PET-MR Planificación In-beam PET 31/03/2009Samuel España Palomares93 Trabajos futuros

94 isotope.inp --------------------- ISOTOPES ------------------------- 16586.2 9F18!NumerationHalf_Life[sec] Z Isotope_name B+249.8E31.!TypeEnergy Fraction -------------------------------------------------------- 21223.4 6C11!NumerationHalf_Life[sec] Z Isotope_name B+385.6E31.!TypeEnergy Fraction -------------------------------------------------------- 3597.9 7N13!NumerationHalf_Life[sec] Z Isotope_name B+491.82E31.!TypeEnergy Fraction -------------------------------------------------------- 4122.24 8O15!NumerationHalf_Life[sec] Z Isotope_name B+735.28E31.!TypeEnergy Fraction -------------------------------------------------------- 58.210972E+0711Na22!NumerationHalf_Life[sec] Z Isotope_name B+215.54E31.!TypeEnergy Fraction G1274.54E31. -------------------------------------------------------- Isótopos 31/03/200994Samuel España Palomares

95 mat_names.inp water.mat bgo.mat czt06.mat czt07.mat czt08.mat gso.mat labr.mat lso.mat nai.mat nylon11.mat pb.mat al.mat lyso_0.9.mat Materiales 31/03/200995Samuel España Palomares

96 ---------------------------------- SCANNER PARAMETERS --------------------------- 4!Number of Detectors by Ring 1!Number of Detectors in Coincidence in the same Ring 90.0!Angle Between adyacent Detectors [DEG] 1!Number of Rings 0.!Gap Between Rings [cm] 15!Number of transaxial crystals by Detector [COLUMNS] 15!Number of axial crystals by Detector [ROWS] 1!Number of crystal layers by Detector 1.5 8.15 1 40 1.5!Length; Material; Energy Resol; Rise T; Fall T, T Resol 0.2 0.2!Pitch (Transaxial; Axial): Pitch 7.0!Radio: Center FOV - Center Front of Detector [cm] --------------------------------------------------------------------------------- Fichero scanner.inp 31/03/200996Samuel España Palomares

97 12345 54321 [Random number generator seeds] 0.1 0.1 [Acquisition Real Time[sec]; Frame Time[sec]] T[read alignments.inp file] 1000[Limit for the number of interactions in each particle] T[Positron Range] T[Non-Collinearity] 0 270 5 1[Start&Stop Angles [DEG]; Number of Steps per cycle; time per cycle SEC F[Secundary Particles Simulation] 100000.[Lower Energy Window (eV)] 700000.[Upper Energy Window (eV)] 5.[Coincidence Time Window (ns)] 20.[Triggers Dead Time (ns)] 220.[Integration Time (ns)] 1600.[Singles Dead Time (ns)] F F[Hits LIST; Coincidence LIST] F[Write Lor Histogram] F 35 90 2.16[Write Sinogram; radial bins; angular bins; maximum radio] T[Hits checking] T[Verbose] F[Get Rid more than 2 single en coincidencia] F [System Renponse Simulation: LOR-RESPONSE] F[System Renponse Simulation: SINOGRAM-RESPONSE] 1113 [Chord points - Transaxial Axial Longitudinal] 0.50.58.55[Chord size: Tranaxial; Axial; Longitudinal(cm)] 25000000[Chord Aperture, Decays/Point] Fichero main.inp 31/03/200997Samuel España Palomares

98 !TYPE MATERIAL X_CENTER Y_CENTER Z_CENTER R1 R2 HEIGHT[cm] PH_INC TH_INC[DEG] C 1 0 0 0 0 1.5 5.0 45 45 !WRITE ONE OBJECT PER LINE. FILE END WITH A STARTING CHARATER NOT VALID FOR TYPE ----------------------------------------------------------------------------------- Fichero object.inp 31/03/200998Samuel España Palomares

99 !TYPE ACTIVITY[Bq] UNITS ISOTOPE X Y Z R1 R2 H[cm] PH_INC TH_INC PH TH TH1 TH2[DEG] C 1E6 F 1 0 0 0 0 2 5 45 45 0 0 0 180 !WRITE ONE SOURCE PER LINE. FILE END WITH A STARTING CHARATER NOT VALID FOR TYPE ---------------------------------------------------------------------------------- Fichero source.inp 31/03/200999Samuel España Palomares

100 0 0 1 0 0 2 !RING BLOCK X Y Z[CM] ANGLE[DEG] 0 2 -1 0 0 0 Fichero alignments.inp 31/03/2009100Samuel España Palomares

101 Se ha desarrollado y validado PeneloPET, que produce simulaciones realistas y rápidas Se ha comprobado que el uso de PeneloPET para el cálculo de la MRS es válido para la reconstrucción 3D-OSEM de varios escáneres Se ha comprobado que la introducción de información obtenida de simulaciones con PeneloPET permiten mejorar la calidad de las imágenes Se ha comprobado la utilidad de PeneloPET en el proceso de diseño de nuevos escáneres PET Conclusiones generales 31/03/2009101Samuel España Palomares