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? Leképező felbontás értéke (~) módszer (mm) UH 1 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

C-11 - 20.38 m, N-14 (p,alpha), B-11 (p,n) 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

Koincidencia detektálása Pozitron annihiláció detektálása Pozitron Emisziós Tomográfia koincidencia Koincidencia detektálása pozitron vándorlás annihiláció 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

Koincidencia detektálása ToF-PET t t koincidencia Koincidencia detektálása Dt Time-of-Flight PET pozitron vándorlás annihiláció 2 annihilációs foton (511keV) Philips Gemini

PET-CT

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

TeraFLOPS sebességű 3D tomográfiás algoritmusok fejlesztése 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-alapú fotoelektron-sokszorozók multimodalitás: PET+CT+SPECT+MR+…. kardiovizsgálatok (USA) funkcionális vizsgálatok