instrumentacao em imagiologia medica - pet...
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detector
detector
PETPositron Emission Tomography
� O que se pretende detectar em PET?– 2 fotões de 511 keV em coincidência,
provenientes de uma mesma aniquilação, que não tenham sofrido mudança de direcção
e-
e+
γγγγ
γγγγ
Núcleo instável emite positrão que se aniquila com um electrão
dois fotões de 511keV são emitidos simultaneamente
em sentidos opostos
coincidência verdadeira
Detecção de radiação em PET� Câmara PET
– Configuration típica: � Corpo-inteiro (diâmetro túnel paciente ∅~60 cm;
campo de visão axial~15 cm)� Cristais cintiladores acoplados a fotomultiplicadores (PMTs)� Geometria cilíndrica� ~24-32 anéis de cristais de detecção
� Centenas de cristais por anel� Muitos milhões de LORs
(apenas uma pequena parte é mostrada na figura)
True True
Outras configurações para aplicações específicas:
- cérebro
- experimentação animal
- mamografia, etc
PET CT
PETConfiguração típica
� Câmara PET
Cristal cintilador(BGO, LSO, GSO, ...)
Bloco de detecção
MóduloCâmara PET
Cristal individual
Fotomultiplicador
PETDetecção da radiação
� Detector– Cristal de cintilação + fotomultiplicador (PMT)
Fotões de cintilação sãoconvertidos em impulsoseléctricos e amplificadospelo PMT
Fotão gama interage no cristal, gerando umacintilação (emissão de fotões de baixa energia)
Electrónicaanalógica
ElectrónicaDigital
Computador
Energia medidaE
FWHM
Energia dos fotões incidentes (assumindoque não há dispersãono objecto)
E
E
FWHMResolução em energia =
Valores típicos nos sistemas actuais: 10% (NaI), ~14% (GSO), ~20% (BGO,LSO)
Cristal de cintilação
200V
400V
600V
800V
1000V
1200V
Detecção de radiação em PET� Algumas coincidências detectadas dão
informação incorrecta da posição da aniquilação
e-
e+
Efeito ComptonFotão muda de
direcção e perde energia
Coincidência dispersa
Proporcional ao número de coincidências verdadeiras
e-
e+
Coincidências aleatórias, fortuitas ou acidentais
e-
e+
2 photons from 2 different anihilations are detected at the same time
Proporcional ao quadrado do nº de fotões simples e àduração da janela de coincidência
Domina o nº total de contagens quando há muita actividade no campo de visão
PETDetecção da radiação
� Alguns cintiladores usados em PET
��������
���� ����
��������
��������
���� ����
– LSO é denso, rápido e luminoso
– BGO é denso, mas não é rápido nem luminoso
– NaI é luminoso, mas não é denso nem rápido
– GSO e outros cristais são alternativas interessantes ao LSO
http://www.medical.siemens.com/webapp/wcs/stores/servlet/PSGenericDisplay?storeId=10001&langId=-7&catalogId=-7&catTree=100001&pageId=72594
Detecção da radiação em PET� Tipos de eventos detectados numa câmara PET
Total de coincidências medidas numa dada LOR: RST ++
Single
só 1 fotão detectado
Multiple
3 or + fotões detectadossimultaneamente
Na prática, apenas se obtém uma estimativa dos trues: RSRSTT ˆˆˆ −−++=
estimativas
(com poucas contagens T pode ser negativo: processo estatístico) ^
True (T)
não detectado
não detectado
LOR
LORLO
R
Scatter (S) Random (R)
2 fotões detectados simultaneamente
Aquisição de dados em PET� Organização dos dados
– Acumulam-se coincidências verdadeiras nas LORs– Nalguns casos, contagens em grupos de LORs próximas
somam-se numa única LOR média (“mashing”)– LORs são organizadas em projecções
etc…
ObjectoObjecto ProjecProjecççõesões
R.
R. B
adaw
iB
adaw
i
Tomografia
PET data acquisition� 2D and 3D acquisition modes
septa
2D mode (= with septa)
3D mode(= no septa)
In the 3D mode there are no septa: photons from a larger number of incident angles are accepted, increasing the sensitivity.
Note that despite the name, the 2D mode provides three-dimensional reconstructed images (a collection of transaxial, sagittal and transaxial slices), just like the 3D mode!
PET data acquisition� 2D mode vs. 3D mode
2D mode (= with septa)
3D mode(= no septa)
True
detected
True
not detected (septa block
photons)
PETCorrecção de atenuação
“Blankscan”
(nada no campo de visão)
Fonte de transmissão(roda em torno do paciente)
ou
TAC(nas câmaras PET/CT)
Exame de transmissão
(com o paciente no campo de visão)
Mais usado nas câmaras actuais
Tomografia
Projecção
Objecto
P(φ 2 ,r)
∫=),(
),(),(rline
dlyxfrPφ
φ
Transformada de Radon
φ1
φ2
P(φ1 ,r)
f(x,y)
r
r
Organização de dados� Sinograma
– Linhas de projecção segundo uma mesma direcçãoaparecem na mesma linha do sinograma
Reconstrução de imagem em PET
Sinograma
r
φÂngulo de projecção
Linha de projecção
Objecto
r
φÂngulo de projecção
Linha de projecção
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φÂngulo de projecção
Linha de projecção
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φÂngulo de projecção
Linha de projecção
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φÂngulo de projecção
Linha de projecção
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
Organização de dados� Sinograma
– Uma fonte pontual no campo de visão aparece como uma sinusóide no sinograma (daí o nome), de amplitude igual à distância radial
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φ
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φ
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φ
Reconstrução de imagem em PET
SinogramaObjecto
r
φ
Reconstrução de imagem em PET
r
φ
SinogramaObjecto
Sinogram
S. C
herr
yS
. Che
rry
4 projecções 16 projecções 128 projecções
Retroprojecção
Retroprojecção Filtrada (FBP)
Objecto
Reconstrução de imagem em PET
Janelas de apodização
Rampa
Rampa
Hamming
Hamming
Hanning
Hanning
Espaço das frequências
Compromisso: resolução espacial ↔ sinal/ruído.
Reconstrução de imagem em PET� Filtros
Frequency (0.5=Nyquist freq.)
Algorithm comparison� 600 000 counts (including scatter)
original
3DRP Hanning
3D OSEM + filt.6 subsets5 iter.Gauss .5cm
FORE + OSEM
6 subsets2 iter.
3D OSEM
6 subsets2 iter.
Image credits: Kris ThielemansMRC CU, London (now IRSL – www.irsl.org)