Базовый позитрон-эмиссионной томографии Построенный, чтобы найти радиоактивного источника в Би-мерном пространстве

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.

Простой Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) Прототип был построен, чтобы полностью характеризовать основные его принципы работы. ПЭТ прототип был создан путем соединения пластиковых сцинтилляционных кристаллов фотоумножителям или ПМТ-х, которые размещены на противоположных позициях, чтобы обнаружить два гамма-лучи, испускаемые от радиоактивного источника, из которых находится в геометрическом центре ПЭТ настройки. Прототип состоит из четырех детекторов, расположенных в геометрически круга диаметром 20 см, а радиоактивного источника в центре. Перемещая радиоактивных источников сантиметров от центра системы он способен обнаружить перемещение путем измерения времени разница полета между любыми двумя ФЭУ-х, и с этой информацией, система может вычислить виртуальной позиции в графическом интерфейсе. Таким образом, прототип воспроизводит основные принципы системы ПЭТ. Он способен определить реальное положение источника с интервалом в 4 см в 2 строки деСРЕДЫ, с менее чем 2 мин.

Позитронно-эмиссионная томография представляет собой метод неинвазивной визуализации используется для получения цифровых изображений внутренних тканей и органов тела. Различные неинвазивные методы существуют, что позволяет получить изображения и информацию о внутренней работе пациента, таких как компьютерные томографии (TAC) и магнитно-резонансная томография (МРТ). Оба дают хорошую пространственное разрешение и дополнительно используется для приложений, в анатомических и физиологических исследований. Хотя сравнительно ПЭТ дает меньше пространственного разрешения, обеспечивает более подробную информацию о метаболизм, происходящих в зоне интереса. ПЭТ широко используется для получения функциональных и морфологических информацию; его основные клинические приложения в области онкологии, неврологии и кардиологии. Кроме того, ПЭТ изображения могут помочь врачам дают лучшие диагнозы, например, установить планирование лечения опухоли.

Основной рабочий принцип ПЭТ систем является обнаружение двух фотонн или гамма-лучи, поступающие от аннигиляции позитронов пары электронов, как полет в противоположных направлениях по отношению к детекторам, которые обычно состоят из сцинтилляционных кристаллов в сочетании с ФЭУ. Кристаллы сцинтиллятора преобразования гамма-излучения в видимый свет, который едет на ФЭУ, который преобразует светового сигнала в электрический импульс с помощью фотоэлектрического процесса. Внутри PMT электронных устройств называемых диноды присутствуют, которые увеличивают величину электрического заряда перед отправкой его на считывающей системы. Эти два зарегистрированных фотонов были созданы при позитрон (положительно заряженный электрон), излучаемая изотопов жидкости, которая вводили в кровь тела, уничтожает с электроном в теле. Меры считывающей системы в совпадении времени прибытия двух спина к спине фотонов по отношению к временной ссылки, а в дальнейшем подложек оба раза, чтобы получить разницу. Система использует эту разницу во времени, чтобы вычислить пространство позиции WHпрежде чем источник излучение обоих фотонов, и, таким образом, где произошло электрон-позитронной аннигиляции.

Некоторые особенности ПЭТ систем должны быть определены для оптимизации качества изображения и увеличить пространственное и временное разрешение. Одной из особенностей, чтобы рассмотреть это линия Response (ЛОР), определяется как расстояние, что два фотона путешествовать после процесса аннигиляции. Еще одна особенность, чтобы рассмотреть время полета (TOF). Качество изображений также зависит от внешних признаков, главным образом телесных органов и движений пациента во время лечебного сеанса ^1. Изотопы, используемые в ПЭТ систем называются бета + излучателей. Эти изотопы имеют короткий период полураспада (порядка секунд). Они производятся в ускорителях частиц (циклотроне), когда устойчивые элементы обстреляли с протонами или дейтронами, вызывающих ядерные реакции. Такие реакции преобразования стабильных элементов в нестабильных изотопов, таких как C-11, N-13, O-15, F-18 среди других^2.

Существуют два типа ПЭТ. (1) Обычные: это использует информацию TOF только определить направление, в котором произошло уничтожение, но он не в состоянии определить происхождение место двух фотонов. Это требует дополнительных алгоритмов анализа или итеративный реконструкции оценить этого. (2) ВП ПЭТ: использует разницу TOF, чтобы найти позицию аннигиляции излучаемого позитрона. Временное разрешение используется в алгоритме реконструкции как ядро для вероятности локализации ^{функции} 3.

Нашей главной целью является, чтобы продемонстрировать основные функции ПЭТ, используемого для обнаружения источника излучения в пространстве. Основной объем системы набора ПЭТ предлагаемого здесь, чтобы обеспечить базовое руководство ПЭТ строительства для академической общественности, и объяснить, по-простому, его основных свойств.

1. Подготовка установки ПЭТ

1. Подготовка ФЭУ вкупе с пластиковыми сцинтилляционных штук. В зависимости от вида ФЭУ (размера, формы фотокатода) построить адекватную сцинтиллятора кусок, чтобы соответствовать с фотокатода ФЭУ.
   1. Оберните сцинтилляционных куски черной лентой. Оставьте одну сторону обнаружили, как он будет сочетаться с входом ФЭУ света.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Важно, чтобы эти части ранее отполирована, чтобы избежать потерь света накопления.
2. Очистите вход ФЭУ света с алкоголем (концентрация алкоголя коммерческой 70%), то применяются оптический смазку на него и не покрыт лицо сцинтиллятора в. В сочетании лицо PMT с сцинтиллятора и оберните их дополнительной черной лентой.
   1. Подключите ГУП напряжения источника (кабель входит для каждого ФЭУ, в этом случае смещения 14 В и смещения 0,5 В для контроля напряжения). Определить сигналы, поступающие от ФЭУ, подключивСигнальный кабель ГУП стандартный цифровой канал осциллографа (кабель сигнал также включены для каждого ФЭУ). Соблюдайте вариации амплитуды сигналов при включении / выключении света в лаборатории, чтобы убедиться, нет потери света. Повторите этот шаг для каждого из четырех детекторов, где детектор означает сцинтиллятор плюс ФЭУ.
3. Построить систему совпадений путем размещения сцинтиллятора часть одного детектора выше соответствующей части другого детектора. Положите два NIM (Модуль Ядерное приборостроение) инструменты, называемые дискриминаторные и логический блок модули в корзине NIM.
4. Подключите выходные сигналы от детекторов к входам модуля дискриминатора. Используйте логический блок в режиме И, выбрав эту логическую дело в логическое устройство передней панели. Подключите два выхода дискриминатора в логический блок входов.
   ПРИМЕЧАНИЕ: И это логическая операция, которая выбирает, когда два квадратных сигналы поступают в то же время или в совпадения.
5. Компанияnnect выходной сигнал логического устройства в модуле масштабирование (которая считает цифровые сигналы), чтобы рассчитывать на события (созданный космических лучей удара в совпадении оба детектора).

2. Приобретение сигналы с ПЭТ

1. Положите обе детекторы в противоположных углах квадратных определенной прежде, таким образом, они сталкиваются друг с другом, и в 20 см друг от друга, и делать то же самое упражнение, как 1,4 и 1,5, но на этот раз, вместо того чтобы использовать космические лучи (космические лучи служили предварительная естественного радиоактивного источника), используйте источник Na-22 излучения.
   1. Поместите радиоактивный источник в средней дистанции между обоих детекторов и сделать сбор данных через модуль масштабирования. Система установки и схема расположения логического блока, используемого для получения совпадение можно видеть на фигурах 1, 2 и 3.
2. Измерьте разницу во времени из прибывающих сигналов путем соединения двух унижает выходы ФЭУ-х иВыход совпадение осциллографа. Каждый из трех сигналов идет на вход осциллографа; будет три квадратных сигналы на экране осциллографа. С горизонтальной шкале (шкала времени) измерения разности времени двух сигналов унижает.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Когда радиоактивный источник находится прямо в середине между двумя детекторами будет мало или никакой разницы разделение или время между площадью не дискриминировать сигналы в среднем, и, когда радиоактивный источник находится вне центра и близко к одному из ФЭУ затем будет разница в среднем раз.
3. Отправить эти временные сигналы к одному из восьми каналов КАМАК (автоматическое измерение компьютерных и контроль) TDC (время-цифровой преобразователь) модуля. Для этого соедините выход логики и входом ВМТ называют "СТАРТ", а затем подключить детектор дискриминацию выходы к входам TDC, которые называются "СТОП". Элемент И сигнал должен быть отложено через задержки Moduле некоторых наносекунд для того, чтобы этот сигнал прибыть до двух других СТОП сигналов (рисунок 4).
4. Калибровка подсчета ВМТ единиц в зависимости от времени показали осциллографом через программного обеспечения (см шаги в разделе 3). У этой калибровки с использованием разноса между радиоактивным источником и одним из детекторов, измерения разности среднее время (этап 2,3) каждого положения. Создание программного обеспечения связи между различными модулями и компьютером с помощью стандартного автобуса GPIB (General Purpose приборы Bus), чтобы сделать эту калибровку.

3. Построение виртуального интерфейса инструмента

1. Скачать и использовать программное обеспечение LabView или любой подобное программное обеспечение.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для работы с LabVIEW, необходимо иметь некоторые знания о языке программирования "G". В этом языке, код не должен быть написан, и все действия, выполняемые можно сделать из программного инструмента бледно-TTE. Легко руководство с практическими примерами можно найти в справочной инструмента.
2. Выберите утилиту массив с передней панели инструментов Панель программирования (переменные контейнеры) для сохранения выходных данных TDC.
   ПРИМЕЧАНИЕ: "передняя панель" является графический интерфейс виртуального прибора для пользователя и «блок-схеме" используется для программирования программного обеспечения.
3. Участок сбор данных (время данных из ВМТ), выбрав логический инструмент из меню участков. Определить данные сюжеты, связанные с каждой позиции источника. Для этого изменения исходного расстояние от линии детекторов на несколько сантиметров.
4. Возьмите среднее значение данных с использованием статистических функций (средние) от инструмента математической меню, и выберите интервал значений сосредоточенных в среднем. Затем, в соответствии с программированием логики следовало, использовать необходимые инструменты из меню массива, чтобы удалить все данные со значениями за пределами этого интервала.
5. Выберите показатели из-йблок-схема электронной инструмент палитра, чтобы показать количество данных, хранящихся в каждом массиве и определить несколько контейнеров с наибольшим количеством данных, хранящихся.
6. Получить среднее значение данных в каждом массиве, выбранного в шаге 3.5 и использовать эту информацию, чтобы установить набор временных интервалов значений для каждой позиции источника, используя для этого в LabView блока палитры схема инструмента.
7. Выберите массив показателей с передней панели инструментов Панель для хранения среднего, полученного на стадии 3.6 для последовательности измерений.
8. Выберите случай структуру из палитры блок-схема инструмента соотнести каждую позицию с соответствующим интервалом от 3,7 шага, и связать каждый интервал один виртуальный светодиод массив из передней панели инструментов Панель.
9. Обратите внимание на время каждый сигнал принимает для того чтобы приехать к каналам TDC: когда радиоактивный источник перемещается от середины ближе к одному детектора, наблюдать движение виртуального источника в массив программирования светодиодов (см рис 5 ) движется вправо на компьютере.
10. Включите контроль (переменная элемент программирования) от передней панели инструментов Панель для общего приобретения времени.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эффективность позиционирования будет зависеть от этого инструмента управления времени: чем больше времени занимает приобретение, тем более точно моделировать виртуальный объект радиоактивный источник даст правильное положение.

4. Графические результаты

1. Для целей калибровки, поместите источник в любой промежуточной позиции по отношению к одной из соединенных пар детекторов. Возьмем измерений в течение 30 мин, и приобрела данные, взять среднее из значений, накопленных каждые 2 мин. Повторите этот процесс для различных позиций источников и сюжет среднее значение из каждого детектора по всем позициям (см рис 6 и 7). Различия значений детекторов приведены на рисунке 8.
2. Для получения более RESULTS, выберите два детектора, имеющие аналогичные значения данных, чтобы сформировать пару. Чтобы проверить это, положить напряжение управления PMT его низким значением, в данном случае 0,5 В. Пуск измерения количества зарегистрированных событий с модулем скейлера для фиксированного времени путем подключения выхода детектора на вход масштабирования. Увеличьте напряжение на 0,01 В и измерить снова. Повторите этот процесс, чтобы достичь максимально возможного значения управления, в данном случае 0,9 В.
   1. Участок число зарегистрированных событий по сравнению с контрольной напряжения в полу логарифмическом масштабе (рисунок 9). Пара пары детекторов, имеющих сходные распределения.
3. Чтобы проверить чувствительность системы, поместите радиоактивный источник в некоторых равные интервалы промежуточных положениях вдоль линий, в этом случае есть пять. Сбор данных в течение 5 мин в каждом положении, и участок среднее и медиану значений, полученных для каждого детектора независимо (см фиг.10 и 11).

Две основные результаты достигаются с помощью этой системы ПЭТ. Во-первых: эффективное синхронизации между визуальными эффектами виртуального радиоактивного источника при перемещении реального радиоактивного образца. С помощью этой программы, пользователи имеют к...

Одним из важных аспектов этой системы, чтобы иметь очень хороший контроль над пространственных и временных разрешений. Пространственное разрешение ПЭТ ограничено физическими характеристиками радиоактивного распада и уничтожения, но и технических аспектов регистрации совпадений (ш?...

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.