PENELOPET: UN ENTORNO DE SIMULACIÓN MONTE CARLO PARA LA POSITRONES

Transcripción

1 Trabajo para la obtención del Diploma de Estudios Avanzados PENELOPET: UN ENTORNO DE SIMULACIÓN MONTE CARLO PARA LA TOMOGRAFÍA A POR EMISIÓN N DE POSITRONES Autor: Samuel España Palomares Tutor: José Manuel Udías Moinelo Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear Universidad Complutense de Madrid Valencia, 8 de Septiembre de 2006

2 CURSOS DE DOCTORADO DE FÍSICA NUCLEAR - ESTRUCTURA NUCLEAR - REACCIONES NUCLEARES - FÍSICA NUCLEAR APLICADA - FÍSICA NUCLEAR EXPERIMENTAL - FÍSICA NUCLEAR A ENERGÍAS INTERMEDIAS

3 PARTICIPACION EN PROYECTOS DE INVESTIGACION Consorcio para el Desarrollo de Tecnología a Avanzada de Imagen Médica. M - Ministerio de Industria (CENIT) Modelización de detectores de alta resolución n para PET. Métodos de reconstrucción n estadísticos sticos de alto rendimiento - Instituto de Salud Carlos III (FIS)

4 PUBLICACIONES TÍTULO: TULO: FIRST: Fast Iterative Reconstruction Software for (PET) Tomography AUTORES: : J.L. Herraiz, S. España,, J.J. Vaquero, M. Desco,, J.M. Udias PUBLICACIÓN: Phy Med Biol, Vol 51 (2006) TÍTULO: TULO: Full 3D-OSEM reconstrucction with compressed response of the system AUTORES: J. L. Herraiz, S. España,, J. J. Vaquero, M. Desco,, J. M. Udias PUBLICACIÓN: Conference Nucl Sci Symp Conf Rec,, 2004 IEEE, Vol 5 TÍTULO: TULO: Statistical Reconstruction Methods in PET: Resolution Limit, Noise and Edge Artifacts AUTORES: JL Herraiz, S España,, JM Udias, JJ Vaquero, M. Desco PUBLICACIÓN: Nucl Sci Symp Conf Rec,, 2005 IEEE, Vol 4, 5 pp. TÍTULO: TULO: Quasi pseudo-inverse reconstruction for rotating PET scanners AUTORES: Sanchez-Gonzalez Gonzalez,, J España, a, S.; S Abella, M.; Vaquero, J.J.;.; Lage,, E.; Pascau,, J.; Desco,, M. PUBLICACIÓN: Nucl Sci Symp Conf Rec,, 2005 IEEE,Vol 5,

5 PROPUESTAS TÉCNICAST ALBA - Propuesta para la creación n de una línea l de investigación n basada en una fuente contínua nua de rayos gamma haciendo uso del sincrotón n en construcción n de Barcelona. (dentro de una de las propuestas). R3B - Technical Proposal for the Design, Construction, Comissioning and Operation of R3B ELISe - Technical Proposal for the Design, Construction, Comissioning and Operation of the ELISe setup.

6 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: Medical Imaging Conference 2004 CENTRO: Roma TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Full 3D-OSEM Reconstruction with Compressed Response of the System. AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.M.Udías as, J.J.Vaquero, M.Desco TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Octubre 2004 CONGRESO: Medical Imaging Conference 2005 CENTRO: Fajardo (Puerto Rico) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Statistical Reconstruction Methods in PET: Resolution Limit, Noise and Edge Artifacts. AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.M.Udías as, J.J.Vaquero, M.Desco TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Octubre 2005

7 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: XXX Bienal de la Real Sociedad Española de FísicaF CENTRO: Facultad de Ciencias de Ourense TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Métodos M Iterativos de Reconstrucción n de Imagen Médica M por Emisición de Positrones AUTORES: J.L. Herraiz, S. España, a, J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Presentación Oral FECHAS: Septiembre 2005 CONGRESO: Medical Imaging Conference 2005 CENTRO: Fajardo (Puerto Rico) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Quasi pseudo-inverse reconstruction for rotating PET scanners AUTORES: Sanchez-Gonzalez Gonzalez,, J.; Espana,, S.; Abella, M.; Vaquero, J.J.;.; Lage,, E.; Pascau,, J.; Desco,, M. TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Octubre 2005

8 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: Accademy of Molecular Imaging. Annual Conference 2006 CENTRO: Orlando (USA) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Small Animal PET Scanners Design Optimized for Statistical Reconstruction Methods. AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a,, J.J.Vaquero, M.Desco,J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Marzo 2006 CONGRESO: Accademy of Molecular Imaging. Annual Conference 2006 CENTRO: Orlando (USA) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Iterative Vs Analytic Reconstruction Methods for PET s: : Combining the best of both approaches. AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.J.Vaquero, M.Desco,J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Marzo 2006

9 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: Accademy of Molecular Imaging. Annual Conference 2006 CENTRO: Orlando (USA) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Resolution Improvement of small animal PET images using a step and shoot rotating scanner. AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.J.Vaquero, M.Desco,J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Marzo 2006 CONGRESO: Euromedim 2006 CENTRO: Marsella (Francia) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Study of randoms-induced artefacts in several small animal PET scanners. AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.J.Vaquero, M.Desco,J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Mayo 2006

10 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: Euromedim 2006 CENTRO: Marsella (Francia) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: PeneloPET,, A Monte Carlo-based application for tomography based on PENELOPE AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.J.Vaquero, M.Desco,J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: Mayo 2006 CONGRESO: Imaging 2006 CENTRO: Estocolmo (Suecia) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Noise And Physical Limits To Resolution Of Pet Images Effects Involved In The Emission And Detection Of Pet Radiation AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.J.Vaquero, M.Desco,J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Oral FECHAS: Junio 2006

11 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: EFN 2006 CENTRO: EstocolmValencia (España) a) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: PeneloPET,, una aplicación n basada en métodos Monte Carlo para la tomografía a de emisión n de positrones AUTORES:, S. España a,j.l.herraiz, J.L.Herraiz, J.M.Udías TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Oral FECHAS: Septiembre 2006 CONGRESO: Medical Imaging Conference 2006 CENTRO: San Diego (EEUU) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: PeneloPET,, a Monte Carlo PET Simulation Tool Based on PENELOPE: Features and Validation AUTORES: S. España, a, J.L.Herraiz, J.M.Udías as, J.J.Vaquero, M.Desco TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: 29 Octubre 4 Noviembre 2006

12 PARTICIPACIÓN N EN CONGRESOS CONGRESO: Medical Imaging Conference 2006 CENTRO: San Diego (EEUU) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Normalization in 3D PET: Dependence on the Activity Distribution of the Source AUTORES: E. Vicente, J.L.Herraiz,, S. España, a, J.M.Udías as, J.J.Vaquero, M.Desco TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: 29 Octubre 4 Noviembre 2006 CONGRESO: Medical Imaging Conference 2006 CENTRO: San Diego (EEUU) TÍTULO TULO DE LA PRESENTACIÓN: N: Optimal and Robust Filter for PET Data Based on the System Response Matrix AUTORES: J.L.Herraiz,, S. España, a, J.M.Udías as, J.J.Vaquero, M.Desco TIPO DE PRESENTACIÓN: N: Poster FECHAS: 29 Octubre 4 Noviembre 2006

13 BECAS DISFRUTADAS BECA DE LA FUNDACIÓN N PARA LA INVESTIGACIÓN BIOMÉDICA DEL HOSPITAL GREOGORIO MARAÑÓ ÑÓN 1-AGOSTO DICIEMBRE DICIEMBRE-2004 BECA DE LA FUNDACIÓN N GENERAL DE LA UNIVERSIDAD COMPLUTENSE 1-ENERO DICIEMBRE DICIEMBRE-2006

14 1. Introducción n al PET 2. Simulador PENELOPE 3. Características de PeneloPET 4. Resultados de Simulaciones

16 LA FÍSICA F DEL PET Fotón γ 511 kev Aniquilación No colinearidad Positrón Rango Radioisótopo β + Fotón γ 511 kev Efecto Fotoeléctrico Klein-Nishina Efecto Compton Cristal Centelleador Cristal Centelleador

17 CENTELLEADORES NaI BaF 2 BGO LSO GSO Z efectivo Coeficiente atenuación n lineal (cm - 1 ) Índice de refracción Producción n de luz [%NaI:Tl[ %NaI:Tl] Longitud de Onda (nm( nm) Constante decaimiento (ns( ns) Fragilidad Sí Sí No No No Higroscópico Sí No No No No

18 INTERACCIÓN N RADIACIÓN- MATERIA

19 TIPOS DE COINCIDENCIAS Coincidencia de Dispersión Coincidencia Aleatoria Coincidencia Verdadera

21 Nuclear Energy Agency,, NEA-OECD Autores: PENELOPE Francesc Salvat José M. Fernández ndez-varea Facultad de FísicaF Universidad de Barcelona Josep Sempau Instituto de Técnicas T Energéticas Universidad Politécnica de Cataluña. a.

22 e - e + γ γ VACIO MATERIAL

24 PeneloPETPET GEOMETRÍA RANGO DEL POSITRÓN NO-COLINEARIDAD RESOLUCIÓN N EN ENEGÍA RESOLUCIÓN N TEMPORAL COINCIDENCIAS ALEATORIAS TIEMPO MUERTO APILAMIENTO..

25 RANGO DEL POSITRÓN

26 RESOLUCIÓN N EN ENERGÍA

27 TIEMPO MUERTO TIEMPO MUERTO DETECTOR COINCIDENCIA DETECTOR

28 APILAMIENTO Tiempo de Integración

30 explore Vista (GE) Diámetro FOV Axial Número de módulos detectores Número de cristales Tamaño del cristal Número de líneas de coincidencia 11.8 cm 4.8 cm 36 PMT s mm x (7, 8) mm 28.8 x 10 6

31 rpet (LIM-HGGM) Diámetro FOV Axial Número de módulos detectores Número de cristales Tamaño del cristal Número de líneas de coincidencia 16.0 cm 4.8 cm 4 PMT s mm x 12 mm 1.62 x 10 6

32 rpet (LIM-HGGM)

33 CORRECCIONES SOBRE LOS DATOS RECONSTRUCCIÓN. N. RESPUESTA DEL SISTEMA MEJORAS EN EL PROCESO DE ADQUISICIÓN DISEÑO O DE NUEVOS ESCÁNERES

34 CORRECCIONES SOBRE LOS DATOS

35 COINCIDENCIAS ALEATORIAS

38 COINCIDENCIAS ALEATORIAS CILINDRO UNIFORME ALTA ACTIVIDAD ARTEFACTOS BAJA ACTIVIDAD

39 COINCIDENCIAS DE DISPERSIÓN

40 CORRECCIONES Trues Randoms ( λt) R exp( 2λt) f( t) = T0 ep x + 0 Coincidencias Sin Tiempo Muerto 1 gt ( ) = f( t) Coincidencias Medidas 1 + f( t) τ Pérdidas por Tiempo Muerto Detector La corrección debe normalizar la adquisición entera al valor de coincidencias Trues en el instante inicial (T 0 ) 1 T0 = g( t) R0 exp 2 t 1 gt ( ) τ ( λt) exp( λ ) T. Muerto Detector Randoms Decay

41 CORRECCIONES

42 RECONSTRUCCIÓN. N. RESPUESTA DEL SISTEMA

43 CÁLCULO DE LA MRS

44 NÚMERO DE INTERACCIONES

45 TAMAÑO O DEL CRISTAL

46 RANGO Y NO-COLINEARIDAD

47 COMPRESIÓN N DE LA MRS MEDIANTE QUASI-SIMETR SIMETRÍAS

48 LONGITUDINAL TRANSVERSAL

49 SIN COMPRESIÓN COMPRESIÓN OK DOBLE COMPRESIÓN