Ein Grundpositronenemissionstomographie-System aufgebaut, um eine radioaktive Quelle in einer Bi-dimensionalen Raum lokalisieren
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
Eine einfache Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Prototyp ist konstruiert worden, um seine grundlegenden Arbeitsprinzipien vollständig zu charakterisieren. Das PET Prototyp wurde durch Kuppeln Kunststoffszintillator Kristalle Photomultiplier oder PMT, die an gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind, um zwei von einer radioaktiven Quelle, die in der geometrischen Mitte des PET platziert emittierten Gammastrahlen erzeugt Aufbau. Der Prototyp besteht aus vier Detektoren geometrisch in einer 20 cm Durchmesser-Kreis angeordnet ist, und einer radioaktiven Quelle in der Mitte. Durch Bewegen der radioaktiven Quelle Zentimetern vom Zentrum des Systems ist man in der Lage, die Verschiebung durch Messen der Flugzeit-Differenz zwischen irgendwelchen zwei PMTs erkennen und mit diesen Informationen kann das System die virtuelle Position in einer grafischen Oberfläche zu berechnen. Auf diese Weise reproduziert der Prototyp die wichtigsten Grundsätze eines PET-Systems. Es ist fähig, die tatsächliche Position der Quelle in Abständen von 4 cm in 2 Reihen de bestimmenSchutz in weniger als 2 min.
Introduction
Positronenemissionstomographie ist eine nicht-invasive Abbildungstechnik zum Erhalt von digitalen Bildern von den inneren Geweben und Organen des Körpers verwendet. Verschiedene nicht-invasive Techniken existieren, die erlauben es, Bilder und Informationen auf die internen Abläufe eines Patienten, wie beispielsweise Computer-Axial Tomography (TAC) und Magnetresonanztomographie (MRT) zu erhalten. Beide geben gute räumliche Auflösung und werden zusätzlich für Anwendungen in anatomische und physiologische Studien verwendet. Obwohl vergleichsweise PET gibt weniger räumliche Auflösung liefert es Informationen über den Stoffwechsel in der interessierenden Zone auftritt. PET wird weithin verwendet, um funktionelle und morphologische Information zu erhalten; ihre wichtigsten klinischen Anwendungen sind in den Bereichen Onkologie, Neurologie und Kardiologie. Auch kann PET-Bilder Ärzten helfen, bessere Diagnosen, zum Beispiel zu etablieren Tumorbehandlungsplanung.
Das grundlegende Arbeitsprinzip der PET-Systemen ist die Detektion von zwei phoTonnen oder Gammastrahlen, die aus einem Positron-Elektron-Vernichtung Paar, beide fliegen in entgegengesetzte Richtungen in Richtung der Detektoren, die üblicherweise aus Szintillatorkristalle gepaart mit PMTs. Der Szintillator-Kristalle transformieren Gammastrahlung in sichtbares Licht, was zu einer PMT, die das Lichtsignal in einen elektrischen Impuls über eine Licht Verfahren wandelt bewegt. Innerhalb der PMT elektronische Geräte genannt Dynoden vorhanden sind, die den Betrag der elektrischen Ladung, bevor zu einem Auslesesystem sendet sie zu erhöhen. Diese beiden detektierten Photonen erzeugt, wenn ein Positron (positiv geladenes Elektron) von einem Isotop Fluid, das in den Blutstrom des Körpers injiziert wurde emittiert, vernichtet mit einem Elektronenstrahl in dem Körper. Die ausgelesenen System misst in Koinzidenz der Ankunftszeit der zwei Rücken an Rücken Photonen in Bezug auf eine Zeitreferenz und ferner Substrate beide Male, um die Differenz zu erhalten. Das System verwendet diese Zeitdifferenz, um die Raumposition wh berechnenere der Strahlungsquelle emittierte beide Photonen und damit, wo das Elektron-Positron-Vernichtung aufgetreten.
Einige Features von PET-Systeme müssen definiert werden, um die Qualität des Bildes zu optimieren und räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erhöhen. Ein Merkmal zu prüfen, ist die Linie der Response (LOR), definiert als der Abstand, der die beiden Photonen reisen nach der Vernichtungsprozess. Ein weiteres Merkmal zu prüfen, ist die Flugzeit (TOF). Die Qualität der Bilder hängt auch von äußeren Merkmalen, vor allem die Körperorgane und Bewegungen des Patienten während der Behandlungssitzung 1. Die in PET-Systemen verwendet Isotope genannt Beta + Strahler. Diese Isotope haben eine kurze Halbwertszeit (in der Größenordnung von Sekunden). Sie werden in Teilchen-Beschleuniger (Zyklotron) erzeugt wird, wenn stabile Elemente mit Protonen oder Deuteronen verursacht Kernreaktionen bombardiert. Solche Reaktionen wandeln die stabile Elemente in instabile Isotope wie C-11, N-13, O-15, F-18 unter anderem2.
Es gibt zwei Arten von PET. (1) Konventionelle: Diese verwendet die TOF Informationen nur an die Linie, entlang der die Vernichtung stattgefunden zu identifizieren, aber es nicht in der Lage, den Ursprung anstelle der zwei Photonen zu bestimmen ist. Es erfordert zusätzliche analytische oder iterative Rekonstruktionsalgorithmen, dies zu schätzen. (2) TOF-PET: nutzt die TOF Differenz, um die Vernichtung Position des emittierten Positronen zu lokalisieren. Die Zeitauflösung ist in der Rekonstruktionsalgorithmus als Kern für eine Lokalisierung Wahrscheinlichkeitsfunktion 3 verwendet werden.
Unser Hauptanliegen besteht darin, die Hauptfunktionen des PET, das verwendet wird, um eine Strahlungsquelle im Raum zu lokalisieren demonstrieren. Die Grundgesamtheit der hier vorgeschlagenen PET-System gesetzt, um eine Grund PET Bauanleitung für das akademische Öffentlichkeit, und zu erklären, auf einfache Weise, seine Haupteigenschaften.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ein wichtiger Aspekt dieses Systems ist es, eine sehr gute Kontrolle über die räumlichen und zeitlichen Auflösungen haben. Die räumliche Auflösung des PET wird durch die physikalischen Eigenschaften des radioaktiven Zerfalls und der Vernichtung, sondern auch durch die technischen Aspekte der Koinzidenz Anmeldung (Schritte 1.1 und 1.2) und von externen Quellen von Fehlern, wie Objektbewegung während der Prüfung 5 begrenzt. Somit wird die exakte Position gemessen auf der TOF Differenz (Schritt 2.4) abhä…
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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