Tomografía por Emisión de Positrones...
58
Santiago Efn08/18/Sept, JMUdías Imagen de Alta Resolución Mediante Tomografía por Emisión de Positrones (PET) Imagen Médica: Equipo de investigación pluridisciplinar Laboratorio de Imagen Médica (LIM) HGGM Grupo de Física Nuclear de la UCM José Manuel Udías Moinelo (UCM) Luis Mario Fraile (UCM) Joaquín López Herráiz (UCM) Elena Herranz Muelas (UCM) Samuel España Palomares (UCM) Esther Vicente Torrico (UCM, IEM-CSIC) Jacobo Cal (UCM) Juan José Vaquero López (HGGM) Manuel Desco Menéndez (HGGM)
Transcript of Tomografía por Emisión de Positrones...
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Imag
en de Alta Resolución Med
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Tomografía por
Emisión de Positrones (PET)
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2
ÍNDICE
ÍNDICE
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�DESCRIPCIÓN DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
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Gamma Photon #1
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INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
•Es una técn
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estudiar el metabolismo de m
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emisor de positrones (18FDG)
•A partir de la radiación detectada se logra una imag
en de la
distribución de estas m
oléculas en el paciente, indicando cómo
metaboliza ese trazador
PET
PET
CT
PET
IMAGEN
FUNCIONAL
IMAGEN
ANATÓMICA
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Introducción
PET: Tom
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PET: Tom
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isión de po
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gastro
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INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
•Requiere ciclotrón y radiofarm
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•Alta tasa:
efectos de tiempo muerto,
apilamiento,
coincidencias aleatorias.
•Requisitos de resolución en energía moderados/bajos
•Determ
inación de la posición de interacción del fotón en
el detector: la mejor posible
PET
PET
Santia
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PET
•Aplicaciones
–Oncología (detección y
estadiaje)
–Cardiología (isquemia)
–SNC (epilepsia, demencia)
•Dosis paciente ≈ ≈≈≈2 tórax
•¿Coste-efectivo?
10
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�OBJETIVOS DEL TRABAJO
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
11
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
12
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
Materiales centelleadores
Tiposde m
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centelladores
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No
No
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Sí
Higroscópico
Sí
Sí
Sí
Sí
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No
No
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Natural?
1.94
1.82
1.82
1.85
2.15
1.85
Índice de
refracción
390
385
400
420
440
480
410
Longitud de Onda
(nm)
0.27
0.31
0.34
0.25
0.43
0.17
Fracción
Fotoeléctrica
13
15
12
11.4
13.8
11.2
25.6
Longitud de
Radiación (mm)
7.4
6.2
7.3
7.4
6.7
7.13
3.67
Densidad (g/cc)
25, 200
38
45~60
35~45
30~60
300
230
Tiempo de
relajación (ns)
64.9
63.8
64.5
66
59
75
51
Z efectiva
810
810
912
7Resolución
Energía -511 keV
12.5
26
37
28
10
8.2
38
Luminosidad
(ph/KeV)
LuYAP
LuYAP
LPS
LPS
LYSO
LYSO
LSO
LSO
GSO
GSO
BGO
BGO
NaI
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14
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
Fotomultiplicadores
Conve
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Amplificación ~ 106
15
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
Fotomultiplicadores multiánodo
Se e
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Lógica de Anger
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Cris
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17
LOS Límites de PET
LOS Límites de PET
Ejemplos de escáneres PET
de alta resolución rP
ET
eXplore
Vista
18
ÍNDICE
ÍNDICE
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
CALIDAD DE IMAGEN PET
�OBJETIVOS DEL TRABAJO
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
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RESPONSE
(TOR)
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CRYSTAL1
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FIELD OF VIEW (FOV)
LINE OF
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(LOR)
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FIELD OF VIEW (FOV)
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RESPONSE
(LOR)
LINE OF
RESPONSE
(LOR)
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Physical
Effects
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Signal-- toto-- Noise Ratio:
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Counts
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20
CALIDAD DE IMAGEN
CALIDAD DE IMAGEN
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Response)
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dispersión
aleatoria
Problemas
22
CALIDAD DE IMAGEN
CALIDAD DE IMAGEN
Apilamiento y tiempo muerto
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iento (pile-up): S
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Solución
Problema
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Delayed Charge Integration (DCI) Method
Full Charge
Integration
Delayed Charge
Integration
I FI D
I F= [ exp(T/τ τττ) ] I D
0300 ns
time
0300 ns
time
T
Técn
ica P
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Santia
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JMU
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DOI PhoswichDiagram
I F
I D
GSO
(τ τ τ τ = 60 ns)
LYSO (τ τ τ τ = 40 ns)
GSO
scatter
pileup
LYSO
26
CALIDAD DE IMAGEN
CALIDAD DE IMAGEN
Profundidad de Interacción (DOI)
Phoswich
Phoswich dinámico
Obte
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DO
I m
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LOR -Sim
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34
Un paso más allá
Un paso más allá
Imágenes de llenado de campo
(rPET: 30x30 cristales LYSO)
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Pile
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35
RESULTADOS
RESULTADOS
Imágenes de llenado de campo
(eXploreVista GE: 15x15 cristales LYSO-GSO)
Tota
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tera
ccio
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Pile
-up
36
RESULTADOS
RESULTADOS
Imágenes de llenado de campo
simuladas vsreales
rPET: 30x30 cristales LSO
Real
Sim
ula
do
Real
Sim
ula
do
eXplore
Vista GE: 13(15)x(13)15 cristales LSO-G
SO
37
RESULTADOS
RESULTADOS
Mapas de acierto en la identificación
(rPETy eXplore-Vista)
Mapa de bondad: R
epre
senta
ción d
el a
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ón e
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ada
bin
del l
lenado d
e c
am
po
rPET: 30x30 cristales LSO
eXplore
Vista GE: 15x15 cristales LSO-G
SO
Map
as de bondad
y llenad
os de campo no son lo
mismo!!!
Se introduce esta inform
ación en la reconstrucción
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Mejora
Mejora
de la
de la calidad
calid
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n
con
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Llenad
oLlenad
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po
de Cam
po
estánd
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Esp
ectro
Esp
ectrode
de Energía
Energía
Corazó
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de Ratón
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(FDG)
Coeficiente
Coeficiente
de
de
Recuperación
Recuperación
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Mejora de la cuan
tificación en estudios
Mejora de la cuan
tificación en estudios
PET dinám
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PET dinám
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gating
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Tra
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3D
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D
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Mejora de la
Mejora de lacu
antificación en estudios
cuan
tificación en estudios
PET dinám
icos /
PET dinám
icos / gating
gating
Gat
ing
card
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: 3D
Viabilidad
miocárdica
NH3
FDG
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
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Reco
nst
ruct
ed
PE
T 3
D-im
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with
FD
G.
42
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�OBJETIVOS
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
OBJETIVOS
OBJETIVOS
43
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�OBJETIVOS DEL TRABAJO
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
MÉTODOS
MÉTODOS
44
MÉTODOS
MÉTODOS
Pen
eloPET
Es un entornode simulaciónde Montecarload
aptadoa la Tomografíapor
Emisiónde Positrones. Para la sim
ulaciónde la in
teracciónradiación-
materia
utiliza
PENELOPE y contien
esu
brutinas
propiasparala sim
ulación
del resto
de proceso
squetien
enlugar
en PET
Litrani
Es un códigode simulaciónbasad
oen
métodosde Monte-Carlo y diseñ
ado
parasimularla propag
aciónde luzvisible pormed
iosisótroposy
anisotropos
Herramientas empleadas
45
MÉTODOS
MÉTODOS
Código desarrollado
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46
RESULTADOS
RESULTADOS
Phoswich dinámico: Simulación de la producción de luz
con Litrani
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A: C
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l LSO
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B: C
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l LSO
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Caso
B
47
RESULTADOS
RESULTADOS
Phoswich dinámico: Estudio preliminar de la calidad de
imagen
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Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Si
Si --PMT Readout Systems and
PMT Readout Systems and
Tests with Small Crystals
Tests with Small Crystals
Santia
go E
fn08/
18/S
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JMU
día
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ADVANTAGES
ADVANTAGES
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DISADVANTAGES
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Si
Si --PMT
PMT
Santia
go E
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18/S
ept,
JMU
día
s
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al
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R&D
R&D
20~
80%
70%
15%
QE
QE
$10
$30
$25
Price/channel
Price/channel
OK
OK
NO
B Filed
B Filed
1M
Hz
Very
Sensi
tive
<10
Hz
Noise
Noise
10
610
510
6Gain
Gain
50V
300V
1kV
HV
HV
MPPC (
MPPC (SiPM
SiPM))
APD
APD
PMT
PMT
Si
Si --PMT
PMT
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
CASE
CASE
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LYSO
LYSO
Optical
Optical
Grease
Grease
Reflector
Reflector
4 x
4 xHam
amatsu
Ham
amatsu
Si
Si --PMT
PMT
1.5 x 1.5 x 12
1.5 x 1.5 x 12
mm
mm
33
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
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from
100
KeV
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eV.
Ham
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Ham
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Si
Si --PMT
PMT
4 µ
s
3 V
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
5050-- C (400 Pixels)
C (400 Pixels) ––
22
22Na
Na
FWHM @
511
FWHM @
511 keV
keV: 16 %
: 16 %
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Gain vs. Reverse Bias
Gain vs. Reverse Bias
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Dyn
amic Ran
ge
Dyn
amic Ran
ge
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
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ento
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de 3
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Futuro
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PMT
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Dete
ctor de 2
5 u
m
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
sDete
ctor de 5
0 u
m: 14%
FW
HM
@
662
keV, en L
YSO
fre
nte
a 2
0%
con P
MTs
59
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
•Se han obtenido herramientas de
simulación realistas para arraysde
cristales centelleadores y
fotomultiplicadores multiánodo.
•Se propone y se obtienen resultados
simulados de un nuevo método para el
conocimiento de la DOI del fotón
incidente sin hardware adicional.
•Se han probado los SiPMsque ofrecen
enorme potencial para PET.
