Un Positron Emission Tomography Basic System Construit pour localiser une source radioactive dans un espace bidimensionnel
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
Un simple prototype de tomographie par émission de positons (TEP) a été construit pour caractériser pleinement ses principes de base de travail. Le prototype PET a été créé en couplant cristaux scintillateurs en plastique pour photomultiplicateurs ou PMT qui sont placés à des positions opposées à détecter deux rayons gamma émis par une source radioactive, qui est placé dans le centre géométrique de la PET set-up. Le prototype se compose de quatre détecteurs placés géométriquement dans un cercle de 20 cm de diamètre, et une source radioactive dans le centre. En déplaçant les centimètres de sources radioactives à partir du centre d'une de système est capable de détecter le déplacement en mesurant la différence de temps de vol entre deux PMT de et, avec cette information, le système peut calculer la position virtuelle dans une interface graphique. De cette façon, le prototype reproduit les grands principes d'un système de PET. Il est capable de déterminer la position réelle de la source avec des intervalles de 4 cm à 2 lignes de deprotection en prenant moins de 2 min.
Introduction
Positron Emission Tomography est une technique d'imagerie non invasive utilisé pour obtenir des images numériques des tissus et des organes internes du corps. Diverses techniques non invasives existent qui permettent d'obtenir des images et des informations sur le fonctionnement interne d'un patient telles que la tomographie axiale (TAC) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Tous les deux donnent une bonne résolution spatiale et sont en outre utilisés pour des applications dans les études anatomiques et physiologiques. Bien que relativement PET donne une résolution spatiale inférieure, il fournit plus d'informations concernant le métabolisme se produisant dans la zone d'intérêt. PET est largement utilisé pour obtenir des informations morphologiques et fonctionnelles; ses principales applications cliniques sont dans les domaines de l'oncologie, de la neurologie et de la cardiologie. Aussi, les images de PET peuvent aider les médecins donnent de meilleurs diagnostics, par exemple, mettre en place la planification du traitement de la tumeur.
Le principe de fonctionnement de base des systèmes de PET est la détection de deux photonnes ou de rayons gamma provenant d'une paire d'annihilation de positrons-électrons, à la fois en vol dans des directions opposées vers les détecteurs, qui se composent généralement de cristaux scintillateurs couplées avec PMT. Les cristaux scintillateurs transforment le rayonnement gamma en lumière visible, qui se déplace à une PMT qui convertit le signal lumineux à une impulsion électrique par l'intermédiaire d'un processus photoélectrique. A l'intérieur des appareils électroniques PMT appelés dynodes sont présents, ce qui augmente l'ampleur de la charge électrique avant de l'envoyer à un système de lecture. Ces deux photons détectés ont été créés quand un positron (électrons chargé positivement) émise par un isotope de fluide, qui a été injecté dans la circulation sanguine du corps, annihile avec un électron dans le corps. Les mesures de système de lecture en coïncidence l'heure d'arrivée des deux photons back-to-back par rapport à une référence de temps et de plus, il substrats deux fois pour obtenir la différence. Le système utilise cette différence de temps pour calculer les wh de position de l'espaceavant que la source de rayonnement émet deux photons, et donc où l'annihilation de positrons-électrons est produite.
Certaines caractéristiques des systèmes de PET doivent être définies pour optimiser la qualité de l'image et pour augmenter la résolution spatiale et temporelle. Une caractéristique à considérer est la ligne de réponse (LOR), définie comme la distance que les deux photons voyagent après le processus d'annihilation. Une autre caractéristique à considérer est le temps de vol (TOF). La qualité des images dépend aussi de caractéristiques externes, principalement les organes du corps et les mouvements du patient pendant la session de traitement 1. Les isotopes utilisés dans les systèmes de PET sont appelés émetteurs bêta +. Ces isotopes ont une demi-vie courte (de l'ordre de quelques secondes). Elles sont produites dans les accélérateurs de particules (cyclotrons) lorsque des éléments stables sont bombardés avec des protons ou des deutérons causant des réactions nucléaires. De telles réactions transforment les éléments stables en isotopes instables, tels que C-11, N-13, O-15, F-18, entre autres2.
Il existe deux types de PET. (1) conventionnelle: elle utilise les informations TOF seulement d'identifier la ligne le long de laquelle est survenu l'anéantissement, mais il est incapable de déterminer le lieu d'origine des deux photons. Il nécessite des algorithmes de reconstruction analytique ou itérative supplémentaires pour estimer cela. (2) TOF PET: utilise la différence de TOF de localiser la position de l'annihilation du positron émis. La résolution temporelle est utilisée dans l'algorithme de reconstruction en tant que noyau d'une fonction de probabilité localisation 3.
Notre objectif principal est de démontrer les fonctions primaires de PET, qui est utilisé pour localiser une source de rayonnement dans l'espace. Le champ principal de l'ensemble du système PET proposé ici est de fournir un guide de construction de PET de base pour le public scolaire, et d'expliquer, d'une manière simple, ses principales propriétés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un aspect important de ce système est d'avoir un très bon contrôle sur les résolutions spatiales et temporelles. La résolution spatiale de la TEP est limitée par les caractéristiques physiques de la désintégration radioactive et de l'anéantissement, mais aussi par des aspects techniques de l'enregistrement de coïncidence (étapes 1.1 et 1.2) et par des sources extérieures d'erreurs, telles que le mouvement de l'objet lors de l'examen 5. Ainsi, la position exacte mesuré va …
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
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