Fizyczne aspekty tomografii emisyjnej pozytonów

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
Obrazy cyfrowe - otrzymywanie i analiza
Advertisements

Laser.
Wojciech Gawlik - Optyka, 2007/08. wykład 12 1/17 Podsumowanie W11 Optyka fourierowska Optyka fourierowska soczewka dokonuje 2-wym. trafo Fouriera przykład.
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)
Naturalne tło promieniowania w Sieroszowicach
Efektywna szybkość zaniku magnetyzacji poprzecznej wiąże się z szerokością linii zależnością: w = 1/( T 2 *) = (1/ )R 2 * T 2 * - efektywny T 2, doświadczalny.
Technika jako jedna z metod medycyny nuklearnej
Rozpraszanie światła.
PROMIENIOWANIE X, A ENERGETYCZNA STRUKTURA ATOMÓW
Fizyka neutrin – wykład 13-cz.1
Fale t t + Dt.
OPTOELEKTRONIKA Temat:
ŚWIATŁO.
Filtracja obrazów cd. Filtracja obrazów w dziedzinie częstotliwości
Optoelektronika i fizyka materiałowa 1 Zakład Optoelektroniki IF PS dr hab. inż. Prof. PS - Sławomir M. Kaczmarek dr hab. inż. Prof. PS - Sławomir M. Kaczmarek.
Dariusz Bocian / 1 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Pomiar świetlności akceleratora LHC przy użyciu procesu dwufotonowego Dariusz Bocian Dariusz.
Tomografie komputerowe Fotodynamiczna terapia nowotworów
Detekcja cząstek rejestracja identyfikacja kinematyka.
, Prawo Gaussa …i magnetycznego dla pola elektrycznego…
FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych
Podstawowe treści I części wykładu:
Metody radiacyjne w medycynie
PRZYKŁADY Metody obrazowania obiektów
Fotodiody MPPC Michał Dziewiecki Politechnika Warszawska
1 Podstawy fotoniki Wykład 7 optoelectronics -koherencja (spójność) światła - wzmacniacz optyczny - laser.
Karolina Danuta Pągowska
Fizyka i medycyna Festiwal Nauki
Badanie rozpadów mezonu  w eksperymencie WASA
Rekonstrukcja torów w komorze dryfowej część II Marcin Berłowski Pod opieką prof. dr hab. Joanny Stepaniak.
Instytut Tele- i Radiotechniczny Instytut Elektrotechniki
Wpływ kogeneracji na osiągane parametry emisyjności produkcji Warszawa, Październik 2007.
Metody modulacji światła
Quantum Well Infrared Photodetector
Optymalizacja Detektorów Scyntylacyjnych
1 WYKŁAD WŁASNOŚCI PRZEJŚĆ WYMUSZONYCH 1.Prawdopodobieństwo przejść wymuszonych jest różne od zera tylko dla zewnętrznego pola o częstości rezonansowej,
Zjawisko EPR Struktura i własności kryształu LGT Widma EPR Wnioski
Elementy fizyki jądrowej
Oszczędności energetyczne sięgające ponad 50%. DIODELY jest nową generacją oświetlenia stworzonego na bazie LED i przystosowanego do użytku wewnętrznego.
Elektron, pozyton i medycyna
ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ
Komputerowe metody przetwarzania obrazów cyfrowych
Ocena perspektyw i korzyści z wykorzystania technik satelitarnych i rozwoju technologii kosmicznych w Polsce Panel Technologie satelitarne Temat: Zdalne.
ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ
Czy Kodak D odpowiada Twoim potrzebom?. 2 Od badań przeglądowych do miejscowych… Badanie przeglądowe Badanie szczegółowe.
Akademia Górniczo-Hutnicza im
Bezprzewodowego system OMNIA
Koncepcja klina dynamicznego A.A. Wasilewski. dla 0: < 1 maksymalna moc dawki w p iz – stała w czasie ( 1 )&( 2 ) moc dawki w p iz maleje z czasem ze.
Technika bezprzewodowa
Wczesny Wszechświat Krzysztof A. Meissner CERN
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +
Promieniowanie jonizujące w środowisku
Promieniowanie jonizujące w środowisku
PFS – Mars Express Bloki zbudowane w CBK PAN TECHNOLOGIE KOSMICZNE, Podstawy budowy aparatury pomiarowej Piotr Orleański / CBK PAN / Wykład 1_PFS /
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +
Kwantowa natura promieniowania
Optyczne metody badań materiałów
Chemia biopierwiastków Stężenie pierwiastków 100 (10 -4 ) –10 -4 ( ) w surowicy.
Konrad Brzeżański Paweł Cichy Temat 35
Wybrane techniczne aspekty diagnostyki radioizotopowej
Energetyka jądrowa – ratunek czy zagrożenie? Katarzyna Szerszeń Wydział Mechaniczny W10 Nr indeksu:
PRZYKŁADY Metody obrazowania obiektów
6. Promieniowanie Roentgena.
PET Positron Emission Tomography.
Optyczne metody badań materiałów
Optyczne metody badań materiałów
HISTORIA RADIOGRAFII CYFROWEJ Grzegorz Jezierski 1.
HISTORIA RADIOGRAFII CYFROWEJ Grzegorz Jezierski 1.
PRZYKŁADY Metody obrazowania obiektów
Optyczne metody badań materiałów
Fizyka jądrowa. IZOTOPY: atomy tego samego pierwiastka różniące się liczbą neutronów w jądrze. A – liczba masowa izotopu Z – liczba atomowa pierwiastka.
Zapis prezentacji:

Fizyczne aspekty tomografii emisyjnej pozytonów Elżbieta Kochanowicz-Nowak

PET – Tomografia emisji pozytonów (ang. Positron Emission Tomography) Źródło promieniowania - izotopy + promieniotwórcze: 18F, 11C, 15O, 13N, 82Rb, 68Ga Koincydencyjna detekcja dwóch fotonów anihilacyjnych o energii 511 keV rozchodzących się pod kątem 1800

Rozpad + pozyton neutrino elektronowe

Widmo energetyczne pozytonów w rozpadzie + Ekin.max. E Izotop Max. E pozytonu [MeV] Max. zasięg pozytonu [mm] 18F 0.64 2.6 11C 0.96 5 13N 1.19 5.4 15O 1.72 8.2 68Ga 1.89 9.1 82Rb 3.35 15.6

Zjawisko anihilacji pozytonów i elektronów 2m0 c2 2hν = 1.022 MeV = 2·511 keV e+ hν

Linia zdarzenia LOR (line of response) Elektronika front-end: ocena sygnału pod względem czasowym i energetycznym

Rozdzielczość przestrzenna obrazu PET Ograniczona jest naturalnie przez: Drogę swobodną jaką przebywa pozyton do chwili anihilacji z elektronem ośrodka: 18F  maksymalnie 2.6 mm Odstępstwa od rozchodzenia się fotonów anihilacyjnych dokładnie pod kątem 180 0 technicznie przez: Niezbędną głębokość detektora konieczną do zdeponowania wysokiej energii fotonów Własności całego układu detekcyjnego

Obrazowanie wielomodalne Nakładanie obrazów PET i obrazów NMR lub CT (o lepszej przestrzennej zdolności rozdzielczej 0.5 mm- 1 mm) w celu dokładniejszej lokalizacji patologicznych zmian. obraz NMR obraz PET Nałożenie obrazów PET i NMR

Zalety detekcji promieniowania anihilacyjnego Eliminacja promieniowania rozproszonego, pominięcie kolimacji przestrzennej dzięki: dyskryminacji czasowej: max.12 ns dyskryminacji energetycznej: 511 keV

Elementarna komórka detektora Kryształ scyntylacyjny np. : BGO, LSO, GSO Zamienia fotony anihilacyjne na światło Fotopowielacz Zamienia światło na impulsy elektryczne 30mm, 20mm grubości (dla całkowitej absorbcji 511 keV) Wymiary decydujące o przestrzennej zdolności rozdzielczej

A B C D 4 PMTs y x A+B+C+D x = (B+D) – (A+C) y = (A+B) – (C+D)

Wymagania techniczne stawiane scyntylatorom dla zastosowań PET Wydajność świetlna Czas trwania scyntylacji Współczynnik absorbcji (gęstość) Energetyczna zdolność rozdzielcza Łatwość obróbki mechanicznej Cena (koszt wyhodowania kryształu)

Gęstość detektora niezbędna do całkowitej absorbcji promieniowania o energii 511 keV [g/cm3] BGO LSO GSO LuAP LaBr PbWO 7.1 7.4 6.8 8.3 5 8.2

Wydajność świetlna Liczba fotonów światła / 1MeV promieniowania NaI BGO LSO GSO LuAP LaBr PbWO 100% 15% 75% 25% 33% 150% 5%

Stała czasowa zaniku sygnału świetlnego  [ns] BGO LSO GSO LuAP LaBr PbWO 300 40 60 18 35 10 wąskie okno czasowe niski poziom szumów LSO: 6 ns GSO: 8ns BGO: 12ns

Energetyczna zdolność rozdzielcza liczb.zl./kanał/jed.czasu E E0 energia BGO LSO GSO LuAP LaBr 11% 10% 8.5% 15% 2.9%

Cena i dostępność kryształów scyntylacyjnych Koszt kryształów scyntylacyjnych to około 25% kosztu skanera PET Koszt produkcji LSO i GSO 3-6 razy większy od BGO Rozwój technologii produkcji LuAP Dostępność i niski koszt kryształów PbWO4 Obiecujące lantanowce Koszt fotopowielaczy – około 25% kosztu skanera

PbWO4 LSO Masowa produkcja dla CERN-u przez ośrodek Bogoroditsk

Hodowla kryształu LuAP w ośrodku Bogoroditsk w Rosji

Współczesne kierunki rozwoju detektorów dla potrzeb PET Nowe scyntylatory: BGO, LSO, LuAP, GSO, PbWO, LaBr, LaCl Detektory półprzewodnikowe, pixelowe bazujące na ciężkich pierwiastkach: CdZnTe, CdTe (E/E=2%, t=1s, d=6cm) Fotopowielacze pozycjo-czułe (wieloanaodowe) Hybrydowe fotodetektory lawinowe

Własności systemów PET Wewnętrzna średnica pierścienia: 80-90 cm Poprzeczne pole widzenia (D-FOV): 50 cm Podłużne pole widzenia (AFOV): 15-25 cm Liczba pierścieni: 18-32 Liczba pól obrazowych: 35-63 Liczba detektorów na pierścień: 600-800 Wymiary detektora (BGO): 3x6x30 mm, 4x8x30 mm

Wielopierścieniowy skaner PET umożliwia: • obrazowanie równoczesne w kilkunastu plastrach (pierścieniach skanera) • obrazowanie 2D przy wysuniętych przegrodach znacznie ograniczona frakcja prom. rozproszonego • obrazowanie 3D przy schowanych przegrodach - wzrost frakcji promieniowania rozproszonego i koincydencji przypadkowych + wzrost czułości badania Scyntylator Przegroda wolframowa

Jak możemy zaradzić niekorzystnym czynnikom pogarszającym jakość obrazów w detekcji 3D? Stosując detektor: o małej stałej czasowej zaniku sygnału  wąskie okno koincydencyjne  wycięcie frakcji koincydencji przypadkowych dobrej energetycznej zdolności rozdzielczej  wysoki próg dyskryminacji energetycznej  odcięcie frakcji promieniowania rozproszonego o dużej wydajności świetlnej  dobra energetyczna zdolność rozdzielcza

Główne składowe szumu obrazowego Rozproszenie fotonów w ciele pacjenta Koincydencje przypadkowe 2D – 15% 3D – 50%

Korekcja osłabienia promieniowania anihilacyjnego w ciele pacjenta Zewnętrzne źródło + 137Cs, E=662 keV (T1/2=30 lat) lub prom. X w skanerach PET-CT Czynnik korekcyjny ustalany jest wzdłuż każdej linii koincydencyjnej i rekonstruowany przy użyciu metody wstecznej projekcji

Parametry nowoczesnego skanera PET Przestrzenna zdolność rozdzielcza mniejsza od 5mm Energetyczna zdolność rozdzielcza na poziomie 12% Niska frakcja promieniowania rozproszonego i koincydencji przypadkowych (okno koincydencyjne na poziomie 6-8ns) Korekcja osłabienia promieniowania w ciele pacjenta szybkie skany transmisyjne 137Cs  dobry kontrast obrazu przy krótkim czasie badania (ok. 30 minut) Szybka rekonstrukcja obrazu

Dane obrazowe Profile: p(xr,) f(x, y) lub f(x, y, z)

Metody rekonstrukcji obrazu Analityczne W użyciu od 25 lat w technice CT, SPECT, PET Filtrowana wsteczna projekcja transformata Fouriera na projekcjach (dziedzina częstotliwości) filtrowanie projekcji w dz. częstotliwościowej projekcja wsteczna sfiltrowanych projekcji na macierz rekonstrukcyjną transformacja odwrotna do dziedziny przestrzennej Iteracyjne wolniejsze, dobre do obrazowania 3D • OSMD

potrzeb obrazowania znaczników + Adaptacja dwugłowicowej kamery gamma do potrzeb obrazowania znaczników + Koincydencyjna, szybka elektronika Ograniczenia: grubość kryształu (SPECT a PET) i wydajność detekcji mniejsza czułość badania gorsza przestrzenna zdolność rozdzielcza długi czas badania