En grunnleggende Positron Emission Tomography System Konstruert Finn en radioaktiv kilde i et Bi-dimensjonale Space
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
En enkel Positron Emission Tomography (PET) prototype har blitt konstruert for å fullt ut preger dets grunnleggende arbeidsprinsipper. PET-prototypen ble laget ved kobling av plast scintillatorkrystallene til fotomultiplikatorer eller PMT-er som er plassert ved motstående posisjoner for å påvise to gammastråler som utsendes fra en radioaktiv kilde, som er plassert i det geometriske sentrum av PET-oppsett. Prototypen består av fire detektorer plassert geometrisk på en 20 cm diameter sirkel, og en radioaktiv kilde i midten. Ved å flytte den radioaktive kilden centimeter fra midten av systemet man er i stand til å detektere forskyvning ved å måle flukttiden forskjellen mellom hvilke som helst to PMT, og med denne informasjonen, kan systemet beregne en virtuell posisjon i et grafisk grensesnitt. På denne måten reproduserer prototype hovedprinsippene for en PET system. Det er i stand til å bestemme den virkelige posisjonen til kilden med intervaller på 4 cm i 2 linjer av detelse tar mindre enn 2 min.
Introduction
Positronemisjonstomografi er en ikke-invasiv avbildningsteknikk som brukes for å oppnå digitale bilder av indre vev og organer i kroppen. Ulike ikke-invasive teknikker eksisterer som tillater en å få bilder og informasjon om den interne driften av en pasient som Computer Axial Tomography (TAC) og Magnetic Resonance Imaging (MRI). Begge gir god romlig oppløsning og er i tillegg brukt for applikasjoner i anatomiske og fysiologiske studier. Selv om forholdsvis PET gir mindre romlig oppløsning, det gir mer informasjon vedrørende metabolisme forekommer i sonen av interesse. PET er mye brukt for å oppnå funksjonelle og morfologiske informasjon; sine viktigste kliniske anvendelser er innen onkologi, nevrologi og kardiologi. Dessuten kan PET-bilder hjelpe leger gi bedre diagnoser, for eksempel, etablere svulst behandling planlegging.
Den grunnleggende virkemåte av PET-systemer er deteksjon av to photonn eller gammastråler som kommer fra et positron-elektron utslettelse pair, både flyr i motsatt retning mot detektorene, som vanligvis består av scintillatorkrystallene kombinert med PMTs. De scintillatorkrystallene omdanne gamma-stråling til synlig lys, som går til en PMT som omdanner lyset signal til en elektrisk puls ved hjelp av en fotoelektrisk prosess. Inne i PMT elektroniske enheter kalt dynodes er til stede, noe som øker omfanget av elektrisk ladning før du sender den til en lese-out system. Disse to detekterte fotoner ble skapt når et positron (positivt ladet elektron) som sendes ut fra en isotop fluid som ble injisert inn i blodstrømmen i kroppen, annihilates med en elektron i kroppen. Utlesningsenheten systemtiltak i tilfeldighet ankomsttid av de to back-to-back fotoner med hensyn til tidsreferanse og videre det substrater begge ganger for å få forskjellen. Systemet bruker denne tidsforskjellen å beregne plass posisjons where strålingskilden utsendes både fotoner, og dermed hvor den elektron-positron tilintetgjørelse oppstod.
Noen funksjoner i PET-systemer må defineres for å optimalisere kvaliteten på bildet og for å øke romlig og tidsoppløsning. En funksjon for å vurdere er Line of Response (LOR), definert som avstanden at de to fotoner reise etter utslettelse prosessen. En annen funksjon å vurdere er Time of Flight (TOF). Kvaliteten på bildene er også avhengig av eksterne funksjoner, hovedsakelig de kroppslige organer og pasientens bevegelser i løpet av behandlingsrunde 1. Isotoper brukes i PET-systemer er kalt Beta + emittere. Disse isotoper har en kort halveringstid (i størrelsesorden sekunder). De er produsert i partikler akseleratorer (syklotron) når stabile elementer blir bombardert med protoner eller deuteroner forårsaker kjernereaksjoner. Slike reaksjoner omdanne stabile elementer inn i ustabile isotoper, slik som C-11, N-13, O-15, F-18 bl.a.2.
Det finnes to typer av PET. (1) Konvensjonell: Dette bruker TOF informasjon til å identifisere den linjen der utslettelse skjedde, men det er ikke i stand til å fastslå opprinnelsen stedet for de to fotoner. Det krever ekstra analytisk eller iterativ rekonstruksjon algoritmer for å beregne dette. (2) TOF PET: utnytter TOF forskjell å finne utslettelse posisjon slippes positron. Den tidsoppløsning brukes i gjenoppbyggingen algoritme som en kjerne for en lokalisering sannsynlighetsfunksjon tre.
Hovedmålet er å demonstrere de primære funksjonene til PET, som brukes til å lokalisere en strålingskilde i rommet. Rektor omfanget av PET-systemet sett foreslått her er å gi en grunnleggende PET byggingen guide for akademisk publikum, og for å forklare på en enkel måte, de viktigste egenskapene.
Protocol
Representative Results
Discussion
Et viktig aspekt ved dette system er å ha en meget god kontroll med romlig og tids oppløsninger. Den romlige oppløsning av PET er begrenset av de fysiske egenskapene av radioaktiv nedbrytning og tilintetgjørelse, men også av tekniske aspekter ved sammentreff registrering (trinn 1.1 og 1.2), og av eksterne kilder til feil, for eksempel objektbevegelse under undersøkelsen 5. Således vil den nøyaktige posisjonen målt avhengig av TOF forskjellen (trinn 2.4). En teknikk for å oppnå en god tidsoppløsnin…
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).
