En grundläggande Positron Emission Tomography System Konstruerad man hittar en strålkälla i en Bi-dimensionell 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) prototyp har konstruerats för att fullständigt karaktärisera dess grundläggande principer i arbetet. PET prototypen skapades genom att koppla plast scintillator kristaller till fotomultiplikatorer eller PMT som är placerade på motsatta positioner för att detektera två gammastrålar som sänds ut från en radioaktiv källa, som är placerad i den geometriska mitten av PET set-up. Prototypen består av fyra detektorer placerade geometriskt i en cirkel diameter 20 cm och en radioaktiv källa i centrum. Genom att flytta de radioaktiva käll centimeter från centrum systemet en är i stånd att detektera förskjutningen genom mätning av flygtiden skillnaden mellan två godtyckliga PMT-talet och, med denna information kan systemet beräkna den virtuella position i ett grafiskt gränssnitt. På detta sätt återger prototypen huvudprinciperna i en PET-system. Den är kapabel att bestämma den verkliga positionen för källan med intervall om 4 cm i 2 rader med deskydd tar mindre än två minuter.
Introduction
Positron Emission Tomography är en icke-invasiv bildteknik används för att erhålla digitala bilder av de inre vävnader och organ i kroppen. Olika icke-invasiva metoder finns som tillåter en att få bilder och information om det interna arbetet i en patient såsom Computer Axial Tomography (TAC) och magnetisk resonanstomografi (MRT). Båda ger god rumslig upplösning och dessutom används för applikationer inom anatomiska och fysiologiska studier. Även jämförelsevis PET ger mindre rumslig upplösning, ger den ytterligare information rörande metabolismen som uppträder i zonen av intresse. PET används ofta för att erhålla funktionella och morfologiska information; dess viktigaste kliniska tillämpningar är inom onkologi, neurologi och kardiologi. Dessutom kan PET bilder hjälpa läkare att ge bättre diagnoser, till exempel, upprätta tumörbehandlingsplanering.
Den grundläggande arbetsprincipen PET-system är att upptäcka två photon eller gammastrålar som kommer från en positron-elektron förintelse par, både flygande i motsatta riktningar mot detektorerna, som vanligen består av scintillator kristaller tillsammans med PMTs. Scintillatorn kristallerna omvandla gammastrålning till synligt ljus, som reser till en PMT som omvandlar ljussignalen till en elektrisk puls via en fotoelektrisk process. Inne i PMT elektroniska enheter som kallas dynoder före, som ökar storleken på den elektriska laddningen innan du skickar den till en avläsningssystem. Dessa två detekterade fotoner skapades när en positron (positivt laddad elektron) som utsänds av ett isotop fluidum, som sprutas in i blodet i kroppen, förintar med en elektron i kroppen. Åtgärderna utlästa systemet i slump ankomsttiden för de två back-to-back fotoner med avseende på en tidsreferens och vidare substrat båda gångerna för att erhålla skillnaden. Systemet använder denna tidsskillnaden att beräkna rymdpositions where strålkällan avges både fotoner, och därmed var elektron positron annihilation inträffade.
Vissa funktioner i PET-system måste definieras för att optimera kvaliteten på bilden och för att öka rumsliga och tidsupplösning. En funktion att tänka på är fodra av Response (LOR), definierad som avståndet att de två fotoner färdas efter förintelse processen. En annan funktion att tänka på är Time of Flight (TOF). Kvaliteten på bilderna beror också på yttre kännetecken, främst kroppens organ och patientens rörelser under behandlingstillfället 1. De isotoper som används i PET-system kallas Beta + sändare. Dessa isotoper har en kort halveringstid (i storleksordningen sekunder). De produceras i partiklar acceleratorer (Cyklotroner) när stabila element bombarderas med protoner eller deuteroner orsakar kärnreaktioner. Sådana reaktioner omvandla stabila element i instabila isotoper, såsom C-11, N-13, O-15, F-18 bl2.
Det finns två typer av PET. (1) Konventionell: detta använder TOF information för att identifiera den linje längs vilken förintelse inträffade, men det är inte att fastställa ursprunget stället för två fotoner. Det krävs ytterligare analys eller iterativ rekonstruktions algoritmer för att uppskatta detta. (2) TOF PET: utnyttjar TOF skillnaden att lokalisera förintelse position utsända positron. Tidsupplösningen används i återuppbyggnaden algoritm som en kärna för en lokalisering sannolikhetsfunktion 3.
Vårt främsta mål är att visa de viktigaste funktionerna hos PET, som används för att lokalisera en strålkälla i rymden. Den huvudsakliga omfattningen av PET-systemet inställda föreslås här är att ge en grundläggande PET konstruktion guide för den akademiska allmänheten och förklara på ett enkelt sätt, dess viktigaste egenskaper.
Protocol
Representative Results
Discussion
En viktig aspekt av detta system är att ha en mycket god kontroll över rumsliga och tidsupplösningar. Den rumsliga upplösningen av PET begränsas av de fysiska egenskaperna hos det radioaktiva sönderfallet och förintelse, men också av tekniska aspekterna av sammanträffande registrering (steg 1,1 och 1,2) och av externa felkällor, såsom objektrörelsen under undersökningen 5. Således kommer den exakta positionen mäts beror på TOF skillnaden (steg 2,4). En teknik för att uppnå en god tidsupplös…
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).
