Pozitron Emissziós Tomográfia - Fizika – Műszaki fejlődési irányok

A PET fizikája – műszaki fejlődési irányai -SE Biofizika 1

Pozitron Emissziós Tomográfia- Fizika – Műszaki fejlődési irányok

Légrády DávidBME TTK NTI

2011. április 29SE Biofizikai Intézet


PET - alapok

Pozitron annihilációból felszabaduló ellentétes irányban haladó 511-keV-es Gamma fotonok koincidenciában való detektálásán alapuló diagnosztika.

• Miből lesz a pozitron?• Hogyan detektálunk gamma fotont?• Hogyan erősítünk nanoampert?• Hogyan detektálunk

koincidenciában?• Hány detektor kell egyszerre?• Hogyan lesz mérési adatból

izotópeloszlás?Leképezőfelbontás értéke (~)

módszer (mm)

UH1

Xray10-2 -10-3

CT10-1

gamma-kamera(SPECT)>~6

PET >~4

MRI 10-1


A pozitron-bomlás

A mágikus számok: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

Duplán mágikus izotópok, pl: 40Ca: 20 proton, 20 neutron

Nem mágikus izotóp: 40K (Z=19): 19 proton, 21 neutron – bétabomlással 40Ca

páratlan-páratlan vs. Páros-páros: 40Ar (Z=18): 18 proton, 22 neutron – de hogyan?

„p + e = n” (± neutrínó)

„p + e+ + e = n + e+ ” (± neutrínó)

Pozitron bomló izotóp a testünkben: 40K : 0.012% - 4200 Bq/70kg

Protonban dús magok előállítása : ciklotron


PET izotópok

• C-11 - 20.38 m, N-14 (p,alpha), B-11 (p,n)• Cu-64 - 12.701 h Cu-63(n, g)Cu-64• F-18 - 109.74 min O-18 (p,n) F-18• Ga-67 - 3.261 d Zn-68(p,2n)Ga-67• N-13 - 9.97 min O-16 (p,alpha)N-13, C12 (d,n) N-13, • O-15 - 122.24 s N-14(d,n)O-15

Rövid felezési idejű pozitronbomló izotópok

F-18:• fluor-dezoxi-glükóz (FDG)• onkológia


2 annihilációs foton(511keV)

koincidencia

Koincidencia detektálása

Pozitron Emisziós Tomográfia

pozitron

vándorlás

annihiláció

Pozitron annihiláció detektálása

legrady

Milyen gyorsa a fény?


PET mérőberendezések

Mini PET-I ATOMKI


Pozíciófüggő gamma detektálás

Gamma fotonok detektálása


Koincidenciamérés és ToF-PET

Milyen gyors a fény? 30 cm /ns

t

t


t

t

ToF-PET

Dt

2 annihilációs foton(511keV)

koincidencia

Koincidencia detektálása

pozitron

vándorlás

annihiláció

Time-of-Flight PET

Philips Gemini


PET-CT


PET-MR?

PMT helyett: • PIN dióda• avalanche fotodióda• SiPM


Képrekonstrukció: szűrt visszavetítés: 2D szeletekben!!!


Szimulációk általános célú, elterjedt kódokkal: MCNP5, MCNPX (Los Alamos NL)

- Koincidencia- nyers adatok feldolgozása

saját szubrutinnal- detektroválasz-modellezés- pozitronvándorlás

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

x dimension

y d

ime

nsio

n

Monte Carlo szimulációk


TeraTomo

TeraTomo projektTeraFLOPS sebességű 3D tomográfiás algoritmusok fejlesztése

NKTH kutatási-fejlesztési együttműködés 2008-2011

Kooperációs partnerek:• SE Radiológiai és Onkoterápiás Intézet• BME-TTK NTI• BME-VIK Irányítástechnikai és Informatikai Tanszék• Mediso Orvosi Berendezés Fejlesztő és Szerviz Kft.

Modalitások:• kisállat PET• humán PET• kisállat SPECT• humán SPECT

Számítási algoritmus:• iteratív (Maximum-Likelihood Expectation Maximization)• Monte Carlo • grafikus kártyák (GPU)


Teratomo projekt

Monte Carlo GPU-n• minden kölcsönhatást modellezünk• a részecskéket kölcsönhatásonként végigkövetjük• nVidia CUDA keret• GATE és MCNP verifikáció• ML-EM iteratív rekonstrukció• teljesítmény: „100MBq aktivitás”

1

1 1

1 1 1

1 1meas measM Mn n ni ik k ik k ikM M Ncalc

ni iilk lj ij j

l l j

y yx x A x A

yA A A x


TeraTomo

NTI: kisállat és humán PET rekonstrukció

Szimulált részecskeszám: 108 pozitron/s!

(Humán valós aktivitás adag: ~200 MBq!)

ideális rekonstruált

Valós mérés (keresztmetszet):


PET – fejlődési irányok

• ToF PET• 3D rekonstrukció• MR+PET! - Si-alapú fotoelektron-sokszorozók• multimodalitás: PET+CT+SPECT+MR+….• kardiovizsgálatok (USA)• funkcionális vizsgálatok

Pozitron Emissziós Tomográfia - Fizika – Műszaki fejlődési irányok

Documents

Transcript of Pozitron Emissziós Tomográfia - Fizika – Műszaki fejlődési irányok