Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Narodowe Centrum Badań Jądrowych Departament Aparatury i Technik Jądrowych Zakład Fizyki Detektorów Tomasz Szczęśniak Optymalizacja Detektorów Scyntylacyjnych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Narodowe Centrum Badań Jądrowych Departament Aparatury i Technik Jądrowych Zakład Fizyki Detektorów Tomasz Szczęśniak Optymalizacja Detektorów Scyntylacyjnych."— Zapis prezentacji:

1 Narodowe Centrum Badań Jądrowych Departament Aparatury i Technik Jądrowych Zakład Fizyki Detektorów Tomasz Szczęśniak Optymalizacja Detektorów Scyntylacyjnych dla Pozytonowej Tomografii Emisyjnej z Czasem Przelotu

2 Optymalizacja detektorów dla TOF PET2 Pozytonowa Tomografia Emisyjna RadiofarmaceutykProces biologiczny 18 F - FDGMetabolizm glukozy 18 F - FMISONiedobór tlenu w tkankach 18 F - EstradiolReceptory 18 F - AnnexinApoptoza (śmierć komórek) 18 F - Fluorothymidine (FLT) Proliferacja (mnożenie się komórek) 11 C - Thymidine 11 C - VerapamilOporność wielolekowa 11 C - AcetateSynteza membran 15 O - H 2 OUnaczynienie / Przepływ krwi Celem tomografii PET jest zobrazowanie aktywności funkcjonalnej żywego organizmu. Ring detektorów Rozpad + Anihilacja pozytonu

3 Optymalizacja detektorów dla TOF PET3 Przykładowy obraz PET Zwiększona absorpcja FDG po tracheotomii z powodu zwiększenia metabolizmu i stanów zapalnych związanych z naprawą tkanek.

4 Optymalizacja detektorów dla TOF PET4 Możliwe usprawnienia PET Podniesienie aktywności radiofarmaceutyka zwiększenie narażenie pacjenta na promieniowanie w wielu ośrodkach medycznych używa się już maksymalnych dopuszczalnych dawek Wydłużenie czasu skanowania negatywny wpływ na stan psychiczny pacjenta trudność w utrzymaniu stabilnej pozycji pacjenta w badaniach PET i CT obniżenie liczby badanych pacjentów i podniesienie kosztów Bardziej wydajne scyntylatory obecnie używane scyntylatory BGO (30mm) i LSO (40mm) zapewniają około 90% wydajności detekcji kwantów gamma o energii 511 keV Dodanie okna energetycznego na widmie Comptona 2-krotne podniesienie czułości układu, ale jednocześnie destrukcyjny wpływ rozproszeń na rekonstrukcję obrazu Zwiększenie kąta bryłowego – 3D PET 5-krotnie podniesienie czułości układu dla prawidłowych koincydencji, ale jednocześnie 3 do 4 razy podniesiony poziom akceptacji dla zdarzeń rozproszonych Dodanie informacji o czasie przelotu kwantów anihilacji

5 Optymalizacja detektorów dla TOF PET5 Czas przelotu w PET Problemy: Kwanty gamma podróżują dość szybko...tj. z prędkością światła Rozdzielczość przestrzenna PET to około 5 mm Światło przebywa 5 mm w czasie około 17 ps 5 mm wymaga detektorów o rozdzielczości czasowej rzędu 30 ps Najlepsze dostępne obecnie detektory PET mają rozdzielczość czasową na poziomie 500 ps

6 Optymalizacja detektorów dla TOF PET6 Zalety PET z czasem przelotu Znaczną redukcję szumu statystycznego (D – średnica badanego obiektu): Redukcję liczby zdarzeń przypadkowych Zmniejszenie rozmycia wzdłuż osi prostopadłej do pierścieni detektorów Jednoczesny pomiar kwantów anihilacji (emisja) i współczynnika atenuacji (transmisja) 500 ps to tylko 7.5 cm ale umożliwia:

7 Optymalizacja detektorów dla TOF PET7 Przykłady obrazów PET i TOF PET

8 Optymalizacja detektorów dla TOF PET8 Detektor PET Block-Detektor: Matryca scyntylatorów – kilkadziesiąt pikseli (liczba i rozmiar zależą od rodzaju scyntylatora, 64 dla BGO, 169 dla LSO) Odczyt światła za pomocą kilku fotodetektorów (najczęściej 4 fotopowielaczy) Punkt detekcji określony dzięki logice Anger AB

9 Optymalizacja detektorów dla TOF PET9 Scyntylatory dla detektorów PET

10 Optymalizacja detektorów dla TOF PET10Fotopowielacz Rys. 1. Budowa fotopowielacza na podstawie Philips 56AVP. Rys. 2. Układ doświadczalny do pomiarów czasowej zdolności rozdzielczej.

11 Optymalizacja detektorów dla TOF PET11 Fotopowielacze XP20D0 i R5320

12 Optymalizacja detektorów dla TOF PET12 Odczyt światła z dwóch PMT

13 Optymalizacja detektorów dla TOF PET13 Detektor z kryształem monolitycznym Otrzymane wyniki eksperymentalne pokazują że kryształ monolityczny nie jest rozwiązaniem lepszym od scyntylatora pikselowanego. Pomiary wykonane z kryształem 10x10x5 mm LSO Pomiary wykonane z kryształem 20x20x20 mm LYSO

14 Optymalizacja detektorów dla TOF PET14 Porównanie własności czasowych fotopowielaczy Normalizacja: t – zmierzona rozdzielczość czasowa, N – liczba fotoelektronów, r – rozrzut wzmocnienia fotopowielacza

15 Optymalizacja detektorów dla TOF PET15 Scyntylatory LSO domieszkowane Ca Przetestowano 5 próbek LSO (Lu 2 SiO 5 :Ce) z różnym domieszkowaniem Ca

16 Optymalizacja detektorów dla TOF PET16 Scyntylatory LSO domieszkowane Ca Wszystkie próbki domieszkowane Ca wykazały poprawę czasowej zdolności rozdzielczej Optymalnym wydaje się domieszkowanie na poziomie 0.1 % z uwagi na liczbę emitowanych fotonów oraz energetyczną i czasową zdolność rozdzielczą

17 Optymalizacja detektorów dla TOF PET17 Fotopowielacz krzemowy [Silicon Photomultiplier (SiPM), Multi-Pixel Photon Counter (MPPC)] fotodetektor składający się z macierzy diod APD (subpikseli) działających w modzie Geigera (binarnym – sygnał / brak sygnału) każdy subpiksel generuje sygnał w odpowiedzi na 1 foton suma sygnałów wszystkich subpikseli z całej macierzy jest sygnałem wyjściowym SiPM Cechy: wzmocnienie 10^5 – 10^6, niewrażliwość na pole magnetyczne, czułość na pojedyncze fotony, napięcie zasilania < 100V, małe rozmiary

18 Optymalizacja detektorów dla TOF PET18 Czasowa zdolność rozdzielcza MPPC Doświadczenia wykonano z LSO i LFS i Hamamatsu MPPC S C Wydajność detekcji fotonów: Przy odpowiednim doborze elektroniki fotopowielacze krzemowe mogą stanowić konkurencję dla klasycznych fotopowielaczy

19 Optymalizacja detektorów dla TOF PET19Podsumowanie Otrzymana czasowa zdolność rozdzielcza na poziomie 170 ps dla LSO i XP20D0 pokazuje, że tego typu detektor to realistyczna propozycja dla TOF PET. Etapy optymalizacji przedstawione w pracy są zgodne z przewidywaniami teoretycznymi Hymana i zbliżają się do wartości granicznych. Pokazano, że w przypadku LSO, liczba fotoelektronów wygenerowanych w detektorze ma kluczową rolę dla właściwości czasowych i jest ważniejsza od wewnętrznej czasowej zdolności rozdzielczej fotodetektora (time jitter). Wyniki uzyskane z odczytem światła za pomocą kilku fotodetektorów pokazały możliwą do uzyskania poprawę czasowej zdolności rozdzielczej pikselowanego detektora LSO. Wyniki otrzymane z kryształem monolitycznym i pozycyjnie czułym fotopowielaczem nie pokazały wyższości tego rodzaju konstrukcji nad detektorem pikselowym. Wprowadzony wykres zależności znormalizowanej czasowej zdolności rozdzielczej od time jitter pozwala na porównanie czasowych właściwości różnych detektorów. Doświadczenia wykonane z kryształami LSO domieszkowanymi Ca pokazały, że tego rodzaju modyfikacja prowadzi do poprawy własności czasowych tych scyntylatorów Pomiary czasowej zdolności rozdzielczej z fotopowielaczem krzemowym sugerują, że jest to detektor, który z powodzeniem może zastąpić klasyczne fotopowielacze w modułach TOF- PET


Pobierz ppt "Narodowe Centrum Badań Jądrowych Departament Aparatury i Technik Jądrowych Zakład Fizyki Detektorów Tomasz Szczęśniak Optymalizacja Detektorów Scyntylacyjnych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google