Method Article
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.
Basit Pozitron Emisyon Tomografi (PET) prototip tam olarak temel çalışma ilkelerini karakterize etmek inşa edilmiştir. PET prototipi PET geometrik merkezinde yerleştirildiği bir radyoaktif kaynak, yayılan iki gama ışını tespit etmek için zıt konumlarda yerleştirilen fotoçoğaltıcılar veya PMT plastik sintilatör kristaller birleştirilmesi ile oluşturulan kurulumu. Prototip, dört, bir 20 cm çaplı bir daire yerleştirildi geometrik detektörler ve merkezi bir radyoaktif kaynağın oluşur. Merkezi radyoaktif kaynak santimetre hareket ettirerek sistem kimse bu bilgileri ile sistem grafik arayüzü sanal konumunu hesaplayabilir, herhangi iki PMT yıllardan arasındaki uçuş farkın süre ölçülerek deplasman tespit edebiliyor ve. Bu şekilde, prototip bir PET sisteminin temel ilkelerini yeniden üretir. Bu de 2 satır 4 cm aralıklarla kaynağının gerçek konumunu belirlemek için yeteneğine sahiptirrunma az 2 dakika alıyor.
Pozitron Emisyon Tomografi vücudun iç doku ve organların dijital görüntüleri elde etmek için kullanılan bir non-invaziv bir görüntüleme tekniğidir. Çeşitli non-invaziv teknikler bu bir tür Bilgisayar Eksenel Tomografi (TAC) ve Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) gibi bir hastanın iç işleyişini görüntüleri ve bilgi almak için izin var. Her ikisi de iyi uzaysal çözünürlük vermek ve ayrıca anatomik ve fizyolojik çalışmalarda uygulamalar için kullanılır. Karşılaştırmalı PET az uzaysal çözünürlüğü verir rağmen, ilgi bölgede meydana gelen metabolizma ile ilgili daha fazla bilgi sağlar. PET yaygın fonksiyonel ve morfolojik bilgi edinmek için kullanılır; ana klinik uygulamalar onkoloji, nöroloji ve kardiyoloji alanlarında bulunmaktadır. Ayrıca, PET görüntüleri, doktorlar, örneğin daha iyi tanı, vermeye yardımcı tümör tedavi planlamasını kurabilir.
PET sistemlerinin temel çalışma prensibi iki pho algılamaBir pozitron elektron imha çifti gelen ton veya gama ışınları, hem yaygın Proje Yönetim Ekipleri ile birleştiğinde scintillator kristalleri oluşur dedektörleri, doğru ters yönlerde uçan. Sintilatör kristalleri bir fotoelektrik işlemi yoluyla bir elektrik nabız ışık sinyalini dönüştüren bir PMT gitti görünür ışık, içine gama radyasyonu dönüşümü. Bir okuma-out sistemi göndermeden önce elektrik yükü büyüklüğünü artırmak denilen dynodes mevcut PMT elektronik cihazlar, içinde. Vücudun kan dolaşımına enjekte edildi, bir izotop sıvısı, yaydığı bir pozitron (pozitif elektron yüklü), vücutta bir elektron ile annihilates Bu iki tespit fotonlar oluşturulmuştur. Tesadüf olarak okuma-out sistemi önlemleri iki back-to-back fotonlarının varış zamanı, bir zaman referans ile ilgili ve farkı elde etmek iki kere yüzeylerde daha da. Sistem uzay pozisyon wh hesaplamak için bu zaman farkı kullanırere radyasyon kaynağı hem foton yaydığı ve böylece elektron-pozitron imha oluştuğu.
PET sistemleri bazı özellikleri görüntü kalitesini optimize etmek ve uzaysal ve zamansal çözünürlüğü artırmak için tanımlanmış olmalıdır. Dikkate özelliklerinden biri, iki foton imha işleminden sonra seyahat mesafe olarak tanımlanan Tepki Hattı (LOR) 'dir. Dikkate Başka bir özelliği Flight (TOF) Zaman olduğunu. Görüntülerin kalitesi de dış özellikler, özellikle bedensel organlar ve tedavi seansı 1 sırasında hastanın hareketlerinin bağlıdır. PET sistemlerinde kullanılan izotoplar Beta + emitters denir. Bu izotoplar (saniye civarında) kısa bir yarı ömre sahiptir. Kararlı elementler nükleer reaksiyonlara yol açan proton veya döteronların ile bombardıman edildiğinde Onlar parçacıkların hızlandırıcılar (siklotron) üretilmektedir. Bu tür reaksiyonlar örneğin, C-11, N-13, O-15, F-18, diğerleri arasında kararsız izotoplar içine stabil elemanlarını dönüştürmek2.
PET iki türü vardır. (1) Konvansiyonel: Bu imha gerçekleştiği boyunca çizgisini tanımlamak için sadece TOF bilgileri kullanır, ancak bu iki foton kökeni yeri belirlemek değiştiremiyor. Bu tahmin için ek analitik veya yinelemeli rekonstrüksiyon algoritmaları gerektirir. (2) TOF PET: Yayılan pozitronun imha konumunu bulmak için TOF farkını kullanır. Zaman çözünürlüğü yerelleştirme olasılık fonksiyonu 3 için çekirdek olarak yeniden algoritması kullanılır.
Firmamızın ana hedefi, uzayda bir radyasyon kaynağı bulmak için kullanılan PET, birincil işlevleri göstermektir. Burada önerilen PET sistemi setinin temel kapsamı akademik halk için temel bir PET inşaat kılavuz sağlamak ve basit bir şekilde, ana özelliklerinin, açıklamaktır.
PET Kur'un 1. Hazırlık
2. PET Sinyalleri Kazanılması
3. Sanal Enstrüman Arayüzü Bina
4. Grafik Sonuçlar
İki temel sonuç, bu PET sistemi ile elde edilir. Birincisi: Sanal radyoaktif kaynağın görsel efektler arasında verimli bir senkronizasyon gerçek radyoaktif örneği taşırken. Bu program sayesinde, kullanıcılar satın alma zaman kontrolü, aynı konumda tekrar sayısını, veri diğerlerinin yanı sıra, ortalama satın alma etrafında aralığın değişim var. İkinci: çakışma mantık basit bir yapının yapımı kaynağının son konumunu hesaplamak için mesafe için bu zaman farkı dönüştürülmesi iki sinyal arasında bir zaman farkı elde edildi.
Bir algılama doğrultusunda, bir tesadüf ya da harici gürültü gelen sinyali ayırt etmek, sadece bir mantık modülü 'AND' kullanmak yeterlidir. Bu durumda hem mantık modülleri gerektiren iki algılama hatları vardır. Detektörler sayısı arttıkça, dahil etmek gerekli ise,Başka bir algılama hattı ve ayrıca include "VEYA" modüller (bakınız Şekil 3).
Dikkate almak bir başka özelliği. TOF PET sistemi ve her pozisyonda her 5 dk bulunan geleneksel PET sistemi arasındaki karşılaştırma 6 Şekil ve 7 farklı pozisyonlarda dedektörleri bir çift için ölçülen sistemin tepkisini gösteriyor. Kaynağının her konumu için, TDC yanıtının bir taslağıdır vardır. Ölçümlerin her set için, lineer davranış beklenen ve bir konum ve zaman arasında bir ilişki kurmak için izin verir. Varyasyonlar veya örtüşen olsa bile, satın alma süresi arttıkça sürece istikrar iyileşme var.
Şekil 10 ve birikmiş veri ortalamasının fark alarak daha iyi bir kalibrasyon elde etmek için zaman 11 avantajları göstermek sistemi. Ortalama kullanarak, sonuçlar daha kararlı hale gelir ve sanal radyoaktif kaynağın daha iyi bir konumunu veren TDC birimleri artar ayrılması. Nihai sonuç, 2 dakika içinde 30 ölçümleri tekrar elde edilir. Ediniminin iki satır ayırt etmek, onlar ij ve ef hatları çağrıldı. Hat ef% 87 civarında ulaşırken satın alma hattı ij için,% 90 civarında bir ortalama verim, bulunur. Bütün sistem için, elde edilen verim yaklaşık% 85 idi.
Şekil 1. Proje Yönetim Ekipleri ve düzenleyin. 4 Proje Yönetim Ekipleri A iki Boyutlu set-up gösterilmiştir. Her PMT geometrik merkezine 10 cm konumlandırılmış. Görüntünün merkezinde, Na-22 radyoizotop arka arkaya fotonlarının bir çift oluşturur. Tesadüf bu fotonlar tespit ederek, radyoaktif kaynağın bulunabilir.72 / 52272fig1large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Diskriminatör içeren radyoaktif kaynağın sinyalinin konumunu elde etmek için kullanılan Şekil 2. Algılama Sistemi. NIM modüller, modüller ve mantık birimleri geciktirir. Onları TDC ve GPIB kontrol modülü ile bir CAMAC sandık yalan görebilirsiniz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3. Mantık bloğu. Dört Proje Yönetim Ekipleri gösterilmiştir Bu şemada, i, j, e ve f adlı ortak bir 'AND' modülüne bağlı modüller dört 'VEYA' bağladı. Işlem basit: bir sinyal s olduğunda"OR" modüller bir sinyal göndermek, ama bu "AND" modülü operasyon gereksinimleri için yeterli değildir ve sadece birden fazla PMT bir sinyal gönderir oluşur (yani orada bir Proje Yönetim Ekipleri biri, 3 ile ent Bir tesadüf). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
4. Sistem şeması Şekil. Sağ üst köşede radyoizotop dijital nabız analog sinyalden dönüştürür diskriminatör bir sinyal göndermek Proje Yönetim Ekipleri, arasına yerleştirilir. Darbe daha sonra mantık bloğunun geçer. Aynı sinyal zaman farkını ölçmek amacıyla, gecikme modüllerine gönderilir. Görüntülemek için lütfen buraya tıklayınızBu rakamın büyük bir versiyonu.
Program edinimi tamamlandığında radyoaktif kaynağın konumunu simüle LED'lerin bir dizi oluşan Şekil 5. Yazılım arayüzü., Bir LED kaynağının konumunu belirtmek için AÇIK. Görüntünün üst kısmında LED emisyon çizgileri temsil diğer tür vardır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
PMT kullanarak Şekil 6. Kalibrasyon i çağırdı. Ardışık ölçümler yapıldı ve birikmiş verilerin ortalama alınmıştır. Her ölçüm 2 dakika sürdü. Her renk CORRESPİlik dedektörler arasındaki her bir pozisyon için. Bir süre sonra, sinyal iyi tanımlanmış bir ayırma kaynağının konumu iyi bilinmektedir anlamına gelir elde edildi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
PMT kullanarak Şekil 7. Kalibrasyon j çağırdı. Bir önceki gibi bu grafik j PMT ortalamasını gösterir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 8. biriken veri ortalama arasındaki farkı kullanarak kalibrasyon. Her renk bir Posit tekabülalgılama hattında iyon. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
9. Yayla eğrisi Şekil. Bu grafikte farklı Proje Yönetim Ekipleri için 'plato' eğrisi gösterilmiştir. İşte kontrol gerilimi 0.5 eğri etrafında 0,6 V viraj başlar 0.9 V arasında değişir; Bazı büyük istikrar karşılık, dik eğriler var; portakal hattı gibi bazı eğrilerin değerleri yüksek değerlere ulaşır diğer taraftan. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 10. Kavrama yanıtı. Here algılama hattı boyunca beş farklı yerlerde radyoaktif kaynak konumunu yerleştirerek Proje Yönetim Ekipleri e ve f, gelen ortalama ve medyan büyüklüğü gösterilmektedir. Elde edilen istatistikler 5 dakika içinde elde edilen verileri kullanır. Eğri mümkün olduğunca dik olmalıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 11. Kavrama yanıtı. İşte analog bilgi, ama şimdi i ve j gösterilen Proje Yönetim Ekipleri, ikinci çift için. Nispeten yatay çizgi önceki PMT çifti uzamsal çözünürlük açısından, daha iyi olduğu anlamına gelir, görülmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bu sistemin önemli bir yönü, uzaysal ve zamansal çözünürlükleri içinde çok iyi bir şekilde kontrol sahip olmaktır. PET uzaysal çözünürlüğü muayenesi sırasında 5 radyoaktif bozunma ve imha, fiziksel özelliklerine göre değil, aynı zamanda tesadüf kayıt teknik yönlerine (1.1 ve 1.2 adımları) tarafından ve böyle bir nesne hareketi gibi hatalar, dış kaynaklar tarafından sınırlandırılır. Böylece ölçülen kesin konumunu TOF farkı (adım 2.4) bağlıdır. Bir teknik iyi bir zaman çözünürlüğü TOF 6 dağılımının tam genişlikte yarım maksimum (FWHM) ölçme elde etmek.
Her PMT 'plato' 7,8 olarak adlandırılan eğri elde karakterize edildi. Bu eğri, yarı logaritmik ölçekte kontrol gerilimi vs PMT tarafından tespit edilen olayların sayısını temsil eder. Flattest bölüm büyük bir istikrar bölgeye tekabül (Şekil 9). Başka bir özelliği int almako hesap bu plato bölgesinde gerilim değerlerinin istikrardır. Bu durumda, 0,82 V kontrol voltajının (aşama 4,2) olarak kullanılmıştır.
Basit bir test farklı pozisyonlarda üzerinde etkinliğini değerlendirmede oluşan yapılmış olan dedektörlerin her çift arasındaki ara pozisyonların sayısını seçin. Kaynak dedektör arasındaki farklı konumlarda yerleştirilmiştir ve veri 5 dakika (Şekil 10 ve 11) için alındı. Bu test için, 5 pozisyonları seçilmiştir; hattı boylam 20 santimetre, bu nedenle her bir konum bir PMT göre 2, 6, 10, 14 ve 18 sm bulunmaktadır.
Önceki testlerin her TDC ölçümü büyüklüğü değerlendirildi. Bir birinci seçim olarak, bu büyüklükte uzak yalan tüm veriler atıldı ve ortalaması alınmıştır. Bir başka seçim öncesi hesaplanan ortalama verilere etrafında bir aralık düşünün tarafından yapılan ve bu aralıkta dışında veri disca oldurded. Bu şekilde, parazit sinyali kontrol altına alındı.
Sadece 2 dakika mükemmel verimlilik (sonuçları görmek) ile radyoaktif kaynağını bulmak için gerekli olduğunu söylemek için değer. Bununla birlikte, zaman 2 den 1 dakika ve hatta 30 sn'ye azaltılır, kaynak yerinin verimliliği azaltır. Şu anda, bu PET sistemi dört dedektör oluşur, ancak verimlilik ve uzaysal çözünürlüğü artırmak için dedektör sayısını arttırmak mümkündür. Ancak, bu prototip ile, bu çalışmanın temel amacı, 10 9 gerçekleştirilmiştir.
Bu ana avantajı, yüksek enerji fiziği gibi bazı alanlarda enstrümantasyon adanmış herhangi laboratuara ortak elektronik cihazlar ile inşa edilmiş olmasıdır kurdu. Bu cihazların bazıları zaten laboratuvarda mevcut zaman tüm deney seti tamamlamak için çok zor veya pahalı değil. Bu PET sistemi ile daha önce de belirtildiği gibi profesörler ve öğrenciler po varssibility temel PET çalışma özelliği uzayda bir radyoaktif kaynak, yerini temel özelliklerini anlamak için. Gelecekte, bir akademik hem de araştırma amaçlı değil, sadece bu sistemin farklı unsurlarının birçoğu geliştirmek ve bunu uygulayabilirsiniz.
There are no competing financial interests.
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.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 | 1 cm x 2 cm x 5 cm |
Power Supply | Agilent | E3631 | |
Na 22 Radioactive Source | activity 2 μCi | ||
Software LabView 7.1 | National intruments | ||
lemo cables connectors | 2 nsec, 3 nsec and 8 nsec | ||
isolator film |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır