A Positron Emission Tomography Sistema Básico Construído para localizar uma fonte radioativa em um espaço bi-dimensional
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
A Positron Emission Tomography (PET) protótipo simples foi construído para caracterizar plenamente os seus princípios fundamentais de trabalho. O protótipo de PET foi criado por acoplamento de cristais cintiladores de plástico para fotomultiplicadores ou PMT que são colocados em posições opostas para detectar dois raios gama emitidos a partir de uma fonte radioactiva, de que é colocado no centro geométrico do PET set-up. O protótipo consiste de quatro detectores colocados geometricamente num círculo de 20 cm de diâmetro, e uma fonte radioactiva no centro. Ao mover os centímetros fonte radioactiva a partir do centro de um sistema é capaz de detectar o deslocamento através da medição do tempo de voo diferença entre quaisquer dois PMT e, com esta informação, o sistema pode calcular a posição virtual em uma interface gráfica. Desta forma, o protótipo reproduz os principais princípios de um sistema PET. Ele é capaz de determinar a posição real da fonte com intervalos de 4 cm em 2 linhas de detecção tendo menos de 2 min.
Introduction
Positron Emission Tomography é uma técnica de imagem não invasiva utilizada para obtenção de imagens digitais dos tecidos internos e órgãos do corpo. Existem várias técnicas não-invasivas que permitem obter imagens e informações sobre o funcionamento interno de um paciente, tais como Computer Tomografia Axial (TAC) e Ressonância Magnética (MRI). Ambos dão boa resolução espacial e são também utilizadas para aplicações em estudos anatômicos e fisiológicos. Embora comparativamente PET dá menos resolução espacial, fornece mais informações sobre o metabolismo ocorrem na zona de interesse. PET é amplamente usado para obter informações funcionais e morfológicas; suas principais aplicações clínicas são nas áreas de oncologia, neurologia e cardiologia. Além disso, as imagens de PET pode ajudar os médicos a dar melhores diagnósticos, por exemplo, estabelecer o planejamento do tratamento do tumor.
O princípio de funcionamento básico de sistemas de PET é a detecção de dois photoneladas ou raios gama provenientes de um par aniquilação pósitron-elétron, ambos voando em direções opostas para com os detectores, que geralmente consistem de cristais cintiladores juntamente com PMT. Os cristais cintiladores transformar a radiação gama em luz visível, que se desloca para um PMT que converte o sinal de luz a um pulso eléctrico através de um processo fotoeléctrico. Dentro dos dispositivos eletrônicos chamados PMT dínodos estão presentes, o que aumenta a magnitude da carga elétrica antes de enviá-lo para um sistema de leitura. Estes dois fotões detectados foram criados quando um positrão (carregado positivamente de electrões) emitida por um isótopo de fluido, o qual foi injectado na corrente sanguínea do corpo, aniquila com um electrão no corpo. As medidas sistema de leitura em coincidência o tempo de chegada dos dois fótons back-to-back com relação a uma referência de tempo e ainda que ambos os substratos vezes para obter a diferença. O sistema utiliza esta diferença de tempo para calcular as posições wh espaçoere a fonte de radiação emitida ambos os fótons, e, portanto, onde a aniquilação elétron-pósitron ocorreu.
Algumas características dos sistemas PET devem ser definidos para otimizar a qualidade da imagem e para aumentar a resolução espacial e temporal. Um aspecto a considerar é a linha de resposta (LOR), definido como a distância que os dois fotões viajar após o processo de aniquilação. Outro aspecto a considerar é o Time of Flight (TOF). A qualidade das imagens depende também de recursos externos, principalmente os órgãos do corpo e os movimentos do paciente durante a sessão de tratamento 1. Os isótopos usados em sistemas de PET são chamados emissores beta +. Estes isótopos tem uma meia-vida curta (da ordem de segundos). Eles são produzidos em aceleradores de partículas (Ciclotrões) quando elementos estáveis são bombardeados com prótons ou deuterons causando reações nucleares. Tais reacções transformar os elementos estáveis em isótopos instáveis, tais como C-11, N-13, S-15, F-18, entre outros2.
Existem dois tipos de PET. (1) convencional: este usa as informações TOF apenas para identificar a linha ao longo da qual a aniquilação ocorreu, mas é incapaz de determinar o local de origem dos dois fótons. Exige algoritmos de reconstrução analítica ou iterativa adicionais para estimar este. (2) TOF PET: utiliza a diferença TOF para localizar a posição aniquilação do pósitron emitido. A resolução temporal é utilizado no algoritmo de reconstrução como um núcleo para uma função de probabilidade de localização 3.
O nosso principal objectivo é demonstrar as funções primárias de PET, o qual é utilizado para localizar uma fonte de radiação no espaço. O âmbito principal do conjunto do sistema PET aqui proposta é fornecer um guia básico de construção PET para o público acadêmico, e de explicar, de forma simples, as suas principais propriedades.
Protocol
Representative Results
Discussion
Um aspecto importante deste sistema é a de ter um muito bom controlo sobre resoluções espaciais e temporais. A resolução espacial de PET é limitado pelas características físicas do decaimento radioactivo e a aniquilação, mas também pelos aspectos técnicos do registo coincidência (passos 1.1 e 1.2) e por outras fontes de erros, tais como o movimento objecto durante o exame 5. Deste modo, a posição exacta medido vai depender da diferença TOF (passo 2.4). Uma técnica para alcançar uma boa resol…
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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