O que se pretende detectar em PET?

Transcrição

1 PET Positron Emission Tomography O que se pretende detectar em PET? 2 fotões de 511 kev em coincidência, provenientes de uma mesma aniquilação, que não tenham sofrido mudança de direcção detector γ coincidência verdadeira e - e + γ detector Núcleo instável emite positrão que se aniquila com um electrão dois fotões de 511 kev são emitidos simultaneamente em sentidos opostos

2 Detecção de radiação em PET Câmara PET Configuration típica: Corpo-inteiro (diâmetro túnel paciente ~60 cm; campo de visão axial~15 cm) Cristais cintiladores acoplados a fotomultiplicadores (PMTs) Geometria cilíndrica ~24-32 anéis de cristais de detecção Centenas de cristais por anel Muitos milhões de LORs (apenas uma pequena parte é mostrada na figura) PET CT Outras configurações para aplicações específicas: - cérebro - experimentação animal - mamografia, etc True True

3 PET Configuração típica Câmara PET Cristal cintilador (BGO, LSO, GSO,...) Cristal individual Bloco de detecção Módulo Câmara PET

4 PET Detecção da radiação Detector Cristal de cintilação + fotomultiplicador (PMT) Cristal de cintilação Fotomultiplicador 400V 800V 1200V Electrónica analógica Electrónica Digital Computador 200V 600V 1000V Fotão gama interage no cristal, gerando uma cintilação (emissão de fotões de baixa energia) Fotões de cintilação são convertidos em impulsos eléctricos e amplificados pelo PMT FWHM Resolução em energia = E Valores típicos nos sistemas actuais: 10% (NaI), ~14% (GSO), ~20% (BGO,LSO) E FWHM E Energia dos fotões incidentes (assumindo que não há dispersão no objecto) Energia medida

5 Detecção de radiação em PET Algumas coincidências detectadas dão informação incorrecta da posição da aniquilação e - e + Efeito Compton Fotão muda de direcção e perde energia 2 photons from 2 different anihilations are detected at the same time e - e + e - e + Coincidência dispersa Proporcional ao número de coincidências verdadeiras Coincidências aleatórias, fortuitas ou acidentais Proporcional ao quadrado do nº de fotões simples e à duração da janela de coincidência Domina o nº total de contagens quando há muita actividade no campo de visão

6 PET Detecção da radiação Alguns cintiladores usados em PET LSO é denso, rápido e luminoso BGO é denso, mas não é rápido nem luminoso NaI é luminoso, mas não é denso nem rápido GSO e outros cristais são alternativas interessantes ao LSO

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8 Detecção da radiação em PET Tipos de eventos detectados numa câmara PET só 1 fotão detectado 2 fotões detectados simultaneamente não detectado 3 or + fotões detectados simultaneamente LOR LOR LOR Single True (T) Scatter (S) não detectado Random (R) Multiple Total de coincidências medidas numa dada LOR: T + S + R estimativas Na prática, apenas se obtém uma estimativa dos trues: Tˆ = T + S + R Sˆ Rˆ ^ (com poucas contagens T pode ser negativo: processo estatístico)

9 Aquisição de dados em PET Organização dos dados Acumulam-se coincidências verdadeiras nas LORs Nalguns casos, contagens em grupos de LORs próximas somam-se numa única LOR média ( mashing ) LORs são organizadas em projecções

10 Tomografia Objecto Projecções R. Badawi

11 PET data acquisition 2D and 3D acquisition modes 2D mode (= with septa) 3D mode (= no septa) In the 3D mode there are no septa: photons from a larger number of incident angles are accepted, increasing the sensitivity. septa Note that despite the name, the 2D mode provides three-dimensional reconstructed images (a collection of transaxial, sagittal and transaxial slices), just like the 3D mode!

12 PET data acquisition 2D mode vs. 3D mode 2D mode (= with septa) 3D mode (= no septa) True True not detected (septa block photons) detected

13 PET Correcção de atenuação Blank scan (nada no campo de visão) Exame de transmissão (com o paciente no campo de visão) Fonte de transmissão (roda em torno do paciente) ou TAC (nas câmaras PET/CT) Mais usado nas câmaras actuais

14 Tomografia P(φ 1,r) Projecção P(φ 2,r) r Transformada de Radon r P( φ, r) = line( φ, r) f ( x, y) dl f(x,y) φ 2 φ 1 Objecto

15 Organização de dados Sinograma Linhas de projecção segundo uma mesma direcção aparecem na mesma linha do sinograma

16 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ Ângulo de projecção r Linha de projecção

17 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ Ângulo de projecção r Linha de projecção

18 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ Ângulo de projecção r Linha de projecção

19 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ Ângulo de projecção r Linha de projecção

20 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ Ângulo de projecção r Linha de projecção

21 Organização de dados Sinograma Uma fonte pontual no campo de visão aparece como uma sinusóide no sinograma (daí o nome), de amplitude igual à distância radial

22 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ r

23 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ r

24 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ r

25 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ r

26 Reconstrução de imagem em PET Objecto Sinograma φ r

27 Sinogram S. Cherry

28 Reconstrução de imagem em PET 4 projecções 16 projecções 128 projecções Objecto Retroprojecção Retroprojecção Filtrada (FBP)

29 Reconstrução de imagem em PET Filtros Espaço das frequências Rampa Rampa Hamming Hamming Janelas de apodização Hanning Frequency (0.5=Nyquist freq.) Hanning Compromisso: resolução espacial sinal/ruído.

30 Algorithm comparison counts (including scatter) original 3DRP Hanning FORE + OSEM 6 subsets 2 iter. 3D OSEM 3D OSEM + filt. 6 subsets 2 iter. 6 subsets 5 iter. Gauss.5cm Image credits: Kris Thielemans MRC CU, London (now IRSL