PET и камери със съпротивителна плоскост Съдържание

PET и камери със съпротивителна плоскост

Съдържание 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Уреди за 3 D изображения в медицината Принцип на PET Приложения на PET Параметри на конкретен PET-CT на Siemens Принцип на RPC Прогрес в RPC с оглед на PET Вариант на RPC - HPPC

Приложение на PET • откриване на онкологични заболявания • откриване на заболявания на мозъка (дименция) • за проверка на функцията на мозъка и сърцето • за научни изследвания с опитни животни

Алтернативни методи на сканиране ● рентгенова изчислителна томография ядрен магнитен резонанс и функционален ядрен магнитен резонанс ● ● ултразвукова диагностика ● еднофотонна емисионна изчислителна томография

Computed tomography (CT) computed axial tomography (CA, CT scan) body section roentgenography рентгенова изчислителна томография – метод, даващ тримерно изображение. Базира се на цифрова обработка на серия от голям брой двумерни рентгенови изображения, снети спрямо една ос на въртене. ●

MRI (Magnetic Resonance Imaging) ядрен магнитен резонанс - базира се на промяна в ориентациата в силно постоянно магнитно поле (~ 3 T, до 20 T) на спиновете на ядрата на водорода под действието на високочестотно електромагнитно поле.

Paul C. Lauterbur (1929) 2003 Nobel Prize Sir Peter Mansfield (1933) Reflecting the fundamental importance and applicability of MRI in the medical field, Paul Lauterbur and Sir Peter Mansfield of the University of Illinois, Urbana-Champaign were awarded the 2003 Nobel Prize in Medicine or Physiology for their "discoveries concerning magnetic resonance imaging". The Nobel Prize committee acknowledged Lauterbur's insight of using magnetic field gradients to introduce spatial localization, a discovery that allowed rapid acquisition of 2 D images. Sir Peter Mansfield was credited with introducing the mathematical formalism and developing techniques for efficient gradient utilization and fast imaging.

Ultrasound ултразвукова диагностика - използва се ултразвук ●

Single photon emission computed tomography (SPECT) еднофотонна емисионна изчислителна томография - метод даващ тримерно изображение. Базира се на цифрова обработка на серия от голям брой двумерни изображения на концентрацията на радиоактивен нуклид в обекта.

Схема на PET

PET-CT

PET-CT

2 D vs 3 D реконструкция Раннит модели PET скенери са имали само един пръстен от детектори. По-модерните скенери имат няколко пръстена, формиращи цилиндър. Има два подхода за обработка на данните от такъв скенер: 1) Всеки пръстен се третира по отделно, така, че се отчитат съвпаденията във всеки пръстен по отделно и се реконструира образ за всеки пръстен (2 D реконстуиране) 2) Разрешават се съвпадения между различните пръстени. Извършва се реконструкция в целия обем (3 D реконстукция).

2 D/3 D 3 D техниката е по-чуствителна, защото се детектират и реконструират повече съвпадения, по-нечуствителна е към шума. За сметка на това е почуствителна към разсейване и случайни съвпадения. Също така изисква по-големи изчислителни ресурси.

Често използвани PET радио изотопи Белязващ изотоп полуразпад Период на 11 C 20. 3 min 15 O 2. 03 min 18 F 109. 8 min 75 B 98. 0 min 13 N ~10 min Ползват се белязани молекули, които имат различна скорост на усвояване в зависимост от типа и функциите на тъканите в които попадат. Промяната на обичайния кръвен поток в различни анатомични структури, може да се визуализира и оцени чрез PET сканиране. Радионуклидите са свързани в молекули, използвани от организма, като например глюкоза, вода или амоняк. Инжектират се в организма и се следи тяхното разпределение.

Най-добрият начин за получаване на PET образи е чрез използване на PET скенери. Възможно е да се получи PET изображение, ползвайки конвенционални двураменни гама детектори в схема на съвпадение, но качеството на образа е значително по-лошо. Трябва нуклидите да бъдат получени на циклотрон в близост до скенера. Ограничения: радиоактивност ●висока цена на апаратурата ●нужда от циклотрон ●нужда от радиохимична лаборатория 18 F и 82 Rb ●възможно е промишлен производител, но тогава само (последният за изследване на сърцето) 18 F може да се съхранява по-дълго, но трябва да се смята внимателно дозата ● ●

Циклотрон Siemens Eclipse RD Cyclotron

Циклотрон Siemens Eclipse RD Cyclotron

Предимства и недостатъци на PET По-лоша статистика от рентгенова изчислителна томография (CT). PET 106 CT 109 PET по-чуствителни от CT към разсейване и слчайни събития. Но за сметка на това PET могат да откриват промяна в структурата и фунциите на тъканта, даже преди да се наблюдават анатомични изменения. PET е ценна техника за диагностика на някои заболявания, защото дава възможност да се проследи движението на химически вещества (радиоактивно белязани), които се използват от организма за спецификчни функции.

Приложения: • • • Онкология Неврология Кардиология Невропсихология Психиатрия Фармакология

Онкология PET сканиране с маркиран с 18 F fluorodeoxyglucose (FDG). Аналог на глюкозата - поглъща се от клетки ползващи глюкоза. Има увеличена концентрация в бързорастящи клетки. FDG се блокира в кледката и не може да я напусни преди радиоактивният разпад, защото вместо кислороден атом има флуорен атом. Характерна активност при онкологично сканиране е 200 -400 MBq за възрастен индивид. Онкологичното сканиране с FDG представлява над 90% от всичките PET сканирания в съвременната медицинска практика.

Неврология Сканиране на мозъка. PET в този случай се базира на предположението, че области с по-висока мозъчна активност ще натрупат повече радиоактивност. Това, което се измерва индиректно е потока на кръвта в различни части на мозъка, която се счита, че корелира с мозъчната активност. Точните измервания се осъществява с белязан 15 O. Поради краткият период на полуразпад (2 min) е трудно осъществимо. На практика се използва, че мозъкът е голям потребител на глюкоза. Също така, мозъчните патологии, като Алцхаймер значително намаляват мозъчният метаболизъм (бил той кислороден или глюкозен). Поради тази причина може да се ползва стандартен FDG-PET, за ранна диагностика на Алцхаймер и диференциране на Алцхаймер от други процеси на деменция. Могат да се ползват и други специално разработени вещества (dopamine D 2, serotonin 5 -HT 1 A, транспортери, serotonin, ензими и много други).

Кардиология. За кардиологични, съдови и артеросклеротични изследвания, но не е особенно разпространено, защото се конкурира от SPECT Нервопсихология. За изследване на връзката между психологични процеси или заболявания и мозъчната активност. Психиатрия. Провеждани са научни изследвания, като са използвани вещества, маркирани с 11 C или 18 F, които се свързват селективно към нервни рецептори (допаминови, серотонинови, опиоидни и други рецептори ). Изследвани са състоянията на рецепторите при болни пациенти и здрави индивиди. Фармакология. При предклинични изпитания на медикаменти. Животни се инжектират с белязано лекарство.

Дози при PET При PET се налага излагане на пацианта на действието на йонизиращо лъчение. Пълната доза е малка, обикновенно около 7 m. Sv. За сравнение: средногодишната доза, дължаща се на фонова радиация във Великобритания е 2. 2 m. Sv ● 0. 02 m. Sv е дозата при Рентгенова снимка на гръдния кош ● ● 8 m. Sv за CT (изчислителна томография) на гръден кош 2 -6 m. Sv на година за въздушен персонал (пилоти и стюардеси) ● 7. 8 m. Sv от фонова радиация в областта Cornwall във Великобритания ●

Ефекти влошаващи качеството на PET

Siemens Biograph True. Point PET • CT Systems

Технологии използвани от Siemens за подобряване на параметрите на PET търговско наименование на технология • сцинтилационни кристали LSO • бърза електроника Pico-3 D Electronics • тримерна реконструкция 3 D Imaging • висока разделителна способност HI-REZ • по-широк пръстен True. V • корекция за разсейване True. C

Технологии използвани от Siemens за подобряване на параметрите на CT Търговско наименование на технологията • разширен диаметър • Ultra-fast Ceramic • подобряване на образа • динамична промяна на обличването • подобрена обработка на данните • подобряване на резолюцията На тези няма да се спираме AC Plus UFC Sure. View CARE Dose 4 D Work. Stream z-Sharp™

LSO (Lutetium Oxyorthosilicate) scintillator

LSO (Lutetium Oxyorthosilicate) scintillator

Pico-3 D electronics

Pico-3 D electronics

3 D Imaging

HI-REZ More Than 250% Improved Volumetric Resolution LSO is capable of tremendous light output. This enables very small individual detector crystals to be produced. The extremely small crystals result in exceptional isometric spatial resolution — an improvement of 250% — without any loss of sensitivity. In fact, the 4 mm x 4 mm detector configuration delivers the finest PET resolution available at 4. 2 mm.

HI-REZ

True. V

True. C Highly Efficient Scatter Correction Scatter correction is a vital component of PET image quality — particularly in cardiology, where scattered photons often result from activity of structures near the heart, such as the liver and intestines. Without scatter correction, images can degrade, making analysis difficult. To improve image analysis and, thus, the assessment of patients, True. Point technology includes True. C, a highly efficient, model-based Compton scatter correction system. Specific Monte Carlo calculations are used for each patient and position, providing individualized scatter correction to improve diagnostic confidence.

Приложение на RPC в PET

RPC vs сцинтилатор висока цена на кристалите ● кристалът трябва да има висока ефективност, голям свелинен добив, добро времево и енергетично разрешение ● 25 mm дебели кристали за добро пространствено разрешение RPC по-евтини ● не се нуждае от фотоумножител ● няма паралакс ● могат да покриват голяма площ ● ● пространственото разрешение е ограничено от паралакса ● къс импулс 4 -5 ns ● може да се постигне пространствено разрешение от порядъка на стотици микрони ● основен проблем – да се увеличи ефективността за 511 ke. V фотони ●

RPC - Resistive Plate Chambers • Resistive Plates – bakelite with bulk resistivity (2 ± 1). 1010Ωcm • Gas gap (2 mm ± 20μm wide) • Gas mixture, containing C 2 H 2 F 4(96%), i. C 4 H 10 (3, 5%), SF 6 (0, 5%) • Graphite electrodes with resistivity 300 kΩ / cm • Insulating PET film (0. 3 mm thick) • Detecting copper strips • 40μm thick, 2– 4 cm wide and 1250 mm long Spacers (cylinders with diameter 10 mm and height 2 mm) Copper shielding Linseed oil treatment

Принцип на действие на RPC

Single vs Multigap RPC

Single vs Multigap RPC

Напредък в RPC технологията

Увелчаване на ефективността – чрез използване на многопроцепни камери със съпротивителна плоскост и чрез вкарване на тънки конвертори

Възможни материали за покритие на елктродите Възможно е даже един от електродите да е метален специален вид RPC - Hybrid Parallel Plate Counter (HPPC) Ще го разгледаме след RPC-тата

По-стар резултат

Нов резултат

Pavia

Хибридни паралелни плоскостни броячи Hybrid Parallel Plate Counter HPPC

Благодаря Ви за вниманието !