Voxel imaging pet pathfindera novel approach to positron emission tomography based on room temperature pixelated CdTe detector

Abstract

El objetivo principal de esta investigación es la simulación y la evaluación de un nuevo concepto de escáner de tomografía por emisión de positrones (PET) basado en un detector pixelado de CdTe en el marco del proyecto “Voxel Imaging PET (VIP) Pathfinder”. El diseño se ha simulado con el programa “GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations” (GAMOS). El sistema se ha examinado siguiendo las prescripciones de los protocolos NEMA para la evaluación de los dispositivos PET. Varias pruebas se han realizado para evaluar la eficiencia y la calidad de imagen del escáner simulando con precisión las condiciones experimentales requeridas. Por otra parte, el escáner VIP también ha sido evaluado en condiciones pseudo-clínicas con la simulación del escaneo de un cerebro humano. Los resultados de simulación muestran que la excelente resolución de energía de los detectores de CdTe (hasta 1,6% para fotones de 511 keV a temperatura ambiente), junto con el tamaño pequeño del vóxel (1 mm x 1 mm x 2 mm), el alto poder de frenado del CdTe, y la geometría del anillo libre de huecos, dan al nuevo diseño el potencial para superar las limitaciones intrínsecas de los PETs modernos caracterizados por la relativamente pobre resolución de energía de los detectores de centelleo (~10%) y gran incertidumbre de profundidad de interacción (DOI). El escáner VIP puede conseguir una resolución de imagen de hasta ~1 mm de FWHM en todas las direcciones y recoger datos con muy bajo ruido que producen imágenes de excelente calidad en condiciones extremadamente difíciles, como el escaneo de una cabeza humana. Se pueden obtener imágenes de alta calidad con considerablemente menor número de eventos adquiridos respecto a los PETs disponibles actualmente. Esta característica puede utilizarse tanto para aumentar el rendimiento de una unidad hospitalaria de medicina nuclear, como para disminuir la dosis inyectada por paciente. Esta tesis consiste de 6 capítulos principales. Los tres primeros incluyen una revisión de los conocimientos teóricos e históricos de PET, y su estado en la medicina nuclear en la actualidad. La geometría del escáner VIP y sus características distintivas están descritos en el capítulo 5. El capítulo 6 describe la simulación del escáner VIP y el estudio de los resultados de eficiencia del nuevo diseño, mientras que el capítulo 7 está dedicado a la optimización de la técnica de reconstrucción de imagen y la evaluación de la calidad de las imágenes obtenidas con el escáner VIP. Por último, los resultados principales están resumidos en el capítulo final.