A الأساسية بالإصدار البوزيتروني نظام التصوير المقطعي شيدت تحديد موقع مصدر المشعة في الفضاء ثنائي الأبعاد
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
وقد شيدت بسيطة التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) نموذج لتوصيف كامل مبادئ العمل الأساسية. تم إنشاء النموذج الأولي PET وذلك بربط بلورات ماض البلاستيك لphotomultipliers أو في PMT التي يتم وضعها في مواقف معارضة للكشف عن اثنين من أشعة غاما المنبعثة من مصدر مشع، والتي يتم وضعها في المركز الهندسي للPET انشاء. يتكون النموذج من أربعة أجهزة الكشف عن وضعها هندسيا في 20 سم قطر الدائرة، ومصدر مشع في المركز. عن طريق تحريك مصدر سم المشعة من مركز نظام واحد قادر على كشف نزوح عن طريق قياس الوقت من الفرق رحلة بين أي PMT اثنين و، مع هذه المعلومات، يمكن للنظام حساب الموقف الظاهري في واجهة رسومية. في هذه الطريقة، النموذج يستنسخ المبادئ الأساسية لنظام PET. فهي قادرة على تحديد الموقف الحقيقي للمصدر مع فترات من 4 سم في 2 خطوط دياحلماية يستغرق أقل من 2 دقيقة.
Introduction
التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني هو تقنية تصوير غير الغازية المستخدمة للحصول على الصور الرقمية من الأنسجة والأعضاء الداخلية للجسم. وتوجد العديد من التقنيات غير الغازية التي تسمح لأحد للحصول على صور ومعلومات عن الأعمال الداخلية للمريض مثل الحاسوب المحورية التصوير المقطعي (TAC) والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). كلا إعطاء القرار المكانية جيدة وتستخدم أيضا لتطبيقات في الدراسات التشريحية والفسيولوجية. على الرغم من أن نسبيا PET يعطي أقل القرار المكانية، فإنه يوفر المزيد من المعلومات بشأن عملية التمثيل الغذائي التي تحدث في منطقة الفائدة. يستخدم بشكل واسع PET للحصول على المعلومات الفنية والشكلية. التطبيقات الرئيسية في السريرية في مجالات علاج الأورام، والأمراض العصبية وأمراض القلب. أيضا، يمكن للصور PET تساعد الأطباء إعطاء تشخيص أفضل، على سبيل المثال، إنشاء تخطيط العلاج الورم.
مبدأ العمل الأساسي للأنظمة PET هو الكشف عن اثنين من هواتفطن أو أشعة جاما القادمة من زوج إبادة بوزيترون الإلكترون، سواء تحلق في اتجاهين متعاكسين نحو كشف، والتي تتكون عادة من بلورات ماض إلى جانب هذه الفرق. بلورات ماض تحويل أشعة غاما إلى الضوء المرئي، الذي يسافر إلى PMT الذي يحول إشارة ضوئية إلى نبضة كهربائية من خلال عملية الكهروضوئية. داخل PMT أجهزة إلكترونية تسمى dynodes موجودة، مما يزيد من حجم الشحنة الكهربائية قبل إرساله إلى نظام تلا. تم إنشاء هذين الفوتونات الكشف عنها عند البوزيترون (الإلكترون شحنة موجبة) المنبعثة بواسطة السائل النظائر، الذي تم حقنه في مجرى الدم من الجسم، ويقضي على مع الإلكترون في الجسم. التدابير نظام للقراءة في صدفة وقت وصول اثنين من العودة إلى الوراء الفوتونات فيما يتعلق إشارة الوقت وكذلك ركائز في كل مرة للحصول على الفرق. يستخدم النظام هذا الفارق الزمني لحساب ذوي الخوذات البيضاء موقف الفضاءيحرث مصدر الإشعاع المنبعث كل من الفوتونات، وبالتالي مكان وقوع إبادة إلكترون-بوزيترون.
يجب تحديد بعض ملامح من أنظمة PET لتحسين جودة الصورة وزيادة القرار المكانية والوقت. ميزة واحدة للنظر هو خط الاستجابة (LOR)، الذي يعرف بأنه المسافة التي الفوتونات اثنين من السفر بعد انتهاء عملية إبادة. ميزة أخرى للنظر هو زمن الطيران (TOF). جودة الصور يعتمد أيضا على الميزات الخارجية، وعلى رأسها أعضاء الجسم وحركات المريض أثناء جلسة العلاج 1. ويطلق على النظائر المشعة المستخدمة في أنظمة PET بيتا + بواعث. هذه النظائر لها فترة عمر النصف قصيرة (بناء على أمر من ثانية). يتم إنتاجها في الجسيمات المعجلة (السيكلوترونات) عندما قصفت عناصر مستقرة مع البروتونات أو دوتيرونس تسبب التفاعلات النووية. ردود الفعل هذه على تحويل العناصر مستقرة إلى نظائر غير مستقرة، مثل C-11، N-13، O-15، F-18 وغيرها2.
هناك نوعان من PET. (1) التقليدية: هذا يستخدم المعلومات TOF فقط لتحديد خط طول الذي وقع الفناء، ولكنه غير قادر على تحديد مكان الأصل من الفوتونات اثنين. فإنه يتطلب خوارزميات إضافية إعادة البناء التحليلي أو تكرارية لتقدير ذلك. (2) TOF PET: يستخدم الفرق TOF لتحديد موقف إبادة بوزيترون المنبعثة. يستخدم القرار مرة في خوارزمية إعادة الإعمار بمثابة نواة لوظيفة توطين احتمال 3.
هدفنا الرئيسي هو للتدليل على المهام الرئيسية لPET، والذي يستخدم لتحديد موقع مصدر الإشعاع في الفضاء. نطاق الرئيسي للمجموعة نظام PET المقترح هنا هو تقديم دليل البناء PET الأساسي للجمهور الأكاديمي، وشرح، بطريقة بسيطة، خصائصه الرئيسية.
Protocol
Representative Results
Discussion
واحد الجوانب الهامة لهذا النظام هو أن تكون هناك سيطرة جيدة جدا على القرارات المكانية والوقت. القرار المكاني للPET محدودة بسبب الخصائص الفيزيائية للالاضمحلال الإشعاعي والإبادة، ولكن أيضا الجوانب التقنية للتسجيل صدفة (الخطوات 1.1 و 1.2) ومصادر خارجية للأخطاء، مثل حركة ال…
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).
