170 likes | 295 Views
Pozitron Emissziós Tomográfia - Fizika – Műszaki fejlődési irányok. Légrády Dávid BME TTK NTI 2011. április 29 SE Biofizikai Intézet. PET - alapok.
E N D
Pozitron Emissziós Tomográfia - Fizika – Műszaki fejlődési irányok Légrády Dávid BME TTK NTI 2011. április 29 SE 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 Xray 10-2 -10-3 CT 10-1 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 Rövid felezési idejű pozitronbomló 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 • F-18: • fluor-dezoxi-glükóz (FDG) • onkológia
Pozitron annihiláció detektálása Koincidencia detektálása pozitron vándorlás annihiláció koincidencia PozitronEmisziósTomográfia 2 annihilációs foton (511keV)
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
ToF-PET Koincidencia detektálása pozitron vándorlás annihiláció koincidencia t t Dt Time-of-Flight PET 2 annihilációs foton (511keV) Philips Gemini
PET-MR? • PMT helyett: • PIN dióda • avalanche fotodióda • SiPM
Képrekonstrukció: szűrt visszavetítés: 2D szeletekben!!!
Monte Carlo szimulációk • Szimulációk általános célú, elterjedt kódokkal: MCNP5, MCNPX (Los Alamos NL) • Koincidencia • nyers adatok feldolgozása saját szubrutinnal • detektroválasz-modellezés • pozitronvándorlás
TeraTomo TeraTomo projekt TeraFLOPS 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”
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-alapúfotoelektron-sokszorozók • multimodalitás: PET+CT+SPECT+MR+…. • kardiovizsgálatok (USA) • funkcionális vizsgálatok