Estrategias de correccin por profundidad de interaccin en

Estrategias de corrección por profundidad de interacción en escáneres PET preclínico de alta sensibilidad Pablo Galve Lahoz José Manuel Udías Moinelo Joaquín López Herraiz Grupo de Física Nuclear Universidad Complutense de Madrid CEI Moncloa [http: //miil. stanford. edu/research/tofdetector. html] [http: //radiologykey. com/positron-emission-tomography/]

PET 18 O(p, n)18 F p+ LOR 18 F O n Glucosa DG F

Problemas por DOI Paralaje Resolución Δρ ρt 28/11/2016 3

Objetivo Corregir los efectos del DOI ¿Cristales más cortos? 28/11/2016 ØResolución ↑ ØSensibilidad ↓ 4

Objetivo Escáneres phoswich LYSO GSO Diferenciación electrónica de los pulsos 28/11/2016 ØResolución ↑ ØSensibilidad ↑ ØCoste ↑ 5

Objetivo [http: //www. spect. com/Web. Album/photos/photo_16. html] Derenzo simulado en escáner objeto Diámetro de los capilares = 0. 4 cm Con phoswich Sin phoswich Solo frontal (LYSO) Sensibilidad: ≈40% 28/11/2016 6

Escáneres Escáner Super-Argus • Ventana de energía (400 -600 ke. V) • 13 x 13 cristales phoswich LYSO-GSO • 4 anillos • 24 detectores • Profundidad de cristal de 15 mm (7+8) • 17 cm de diámetro • 10 cm de largo Escáneres ficticios (sin phoswich) LYSO-1. 3 cm 28/11/2016 LYSO-2 cm [http: //www. sedecal. com/en/div 7 isiones/division_prod. php? p=52&c=5&i=2]

Simulador Penelo. PET • Simulador PET basado en PENELOPE. • Transporte de electrones, positrones y fotones. -Definición en ficheros de entrada de: ·Fuentes ·Escáner ·Otros objetos (blindajes, etc. ) ·Características generales • Fácil implementación de escáneres y distintos materiales. • Fuentes de distintas geometrías y radiofármacos. 28/11/2016 -Ficheros de salida: ·Interacciones radiación-materia ·Histograma de LORs [Penelo. PET] S. España, J. L. Herraiz, E. Vicente, J. J. Vaquero, M. Desco, J. M. Udias. Phys. Med. Biol. , 54 1723 -1742, (2009) [http: //nuclear. fis. ucm. es/penelopet/] 8

Correcciones por DOI Método 1 – Posición del punto de interacción -Punto más probable de interacción en el cristal: Obtención de P(x) por medio de Penelo. PET Super Argus 28/11/2016 LYSO 1. 3 cm 9 LYSO GSO LYSO

Correcciones por DOI Método 2 - Corrección lineal Se busca relación entre LORs medidos y los reales: Por sencillez: R Super Argus LYSO 1, 3 cm 2 cm ØΔm=m-1≈0 Øc<1 mm 28/11/2016 10

Resultados Valores de Δm (x 10 -4) Escáner Sin corrección Corrección DOI con inclinaciones Corrección lineal Super Argus (-8± 4) (-29± 5) (0± 6) LYSO 1, 3 cm (-102± 9) (-80± 6) (-7± 10) LYSO 2 cm (-321± 16) (-66 ± 12) (3± 18) Super Argus 28/11/2016 LYSO-1. 3 cm LYSO-2 cm 11

Resultados [http: //www. spect. com/Web. Album/photos/photo_16. html] Derenzo simulado en escáner Super-Argus Diámetro de los capilares = 0. 4 cm Con phoswich Sin phoswich Corrección lineal sin phoswich 28/11/2016 12

Resultados Derenzo real en escáner Super-Argus Con phoswich Sin phoswich Corrección lineal sin phoswich 28/11/2016 13

Conclusiones • Los escáneres sin phoswich obtienen mayor error en paralaje por efectos de DOI. Este efecto aumenta gradualmente con el radio de la imagen. • Se han implementado dos métodos para corregir estos defectos: • Corrección del punto de interacción. • Corrección lineal del radio del LOR. • La corrección lineal es más sencilla y muestra mejores resultados, recuperando las posiciones de un escáner con phoswich. • El uso de un simulador sencillo y de calidad como Penelo. PET puede ser de gran utilidad para corregir estos defectos. 28/11/2016 14 [http: //www. massgeneral. org/imaging/news/radrounds/may_2007/]

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Extras ¿Qué es el PET? Tipos de coincidencias [P. E. Val et al. Emission Tomography: clinical practice, Springer, 2006] 28/11/2016 16

Extras Del histograma de LORs al sinograma Sinograma Histograma de LORs Transfomada de Radon 28/11/2016 [http: //file. scirp. org/Html/13 -9101545_27659. htm] 17

Extras Detectores Cristales centelleadores LYSO GSO Z efectivo 60 59 μ (cm-1) 0, 86 0, 62 ε (%Na. I: Tl) 80 41 τ (ns) 41 56 Tubos fotomultiplicadores Electrónica • Análisis de coincidencias • Localización geométrica del pulso 28/11/2016 18

Extras Métodos de reconstrucción de la imagen Métodos analíticos Métodos iterativos ØIncluyen características reales del escáner ØBasados en modelos estadísticos Transformada inversa de Radon ØMejores resultados Datos (sinograma) Correcciones Datos estimados Matriz de respuesta Imagen 28/11/2016 19

Extras Métodos iterativos Método EM-ML ØMáxima verosimilitud ØRuido de Poisson ØNo negativos Método OSEM EM-ML acelerado FIRST GFIRST 28/11/2016 OSEM desarrollado en el GFN FIRST acelerado mediante unidades GPU 20

Extras Del histograma de LORs al sinograma 28/11/2016 21

Extras Super Argus Sin phoswich LYSO 1, 3 cm LYSO 2 cm Con phoswich Δρ ρt 28/11/2016 22

Extras (Análisis de interacciones γescáner) Corrección 1 - Distribución de interacciones en profundidad en Super-Argus 100 -600 ke. V LYSO 28/11/2016 GSO 400 -600 ke. V LYSO GSO 23

Extras (Análisis de interacciones γescáner) Corrección 1 - Distribución de interacciones en profundidad en LYSO-1, 3 cm 100 -600 ke. V LYSO 28/11/2016 400 -600 ke. V LYSO 24

Extras (Resultados) Método de medida ØΔm=m-1≈0 Øc<1 mm 28/11/2016 25

Extras (Resultados) Correcciones sobre fuentes puntuales en escáner LYSO-2 cm 28/11/2016 26