PET Flashcards
¿Cuáles son los 4 pasos generales para PET?
1) Producción de un radiotrazador (Fluorodesoxiglucosa - FDG)
2) Inyección del radiotrazador
3) Escaneo de radiación emitida (líneas de respuesta - LOR’s)
4) Reconstrucción de imagen
Características de PET
- Tomografía por Emisión de Positrones
- Información Metabólica/Funcional
- ↑+ Sensibilidad molecular
- Cuantitativo
- Radiación ionizante
Radioisótopo
(P+) y (N+/-) fuertemente unidos por acción de la fuerza de atracción entre nucleones
Decaimiento radiactivo del β+
Emiten fotones de
↑energía; el β+ pierde su energía cinética por interacciones inelásticas con los (E-)’s de los átomos del tejido. Este par (E-) - β+, por aniquilación, se convierte en 2 fotones de 511 keV emitidos a direcciones opuestas.
Interacción de radiación ɣ - materia genera 2 efectos, ¿cuáles son y qué describen?
Efecto Fotoeléctrico (FE): Fotón ɣ da TODA su energía a uno de los (E-) de los orbitales internos del átomo, se eyecta el FOTOELECTRÓN con E CINÉTICA pero se absorbe inmediatamente.
Dispersión por Efecto Compton: Fotón ɣ interactúa con (E-) de unión débil a su orbital, liberándolo del átomo, y es dispersado a ↓ energía para viajar en una dirección distinta, a un ángulo θ de dispersión (0-180º)
¿Qué es la ATENUACIÓN?
1 proporción de los fotones ɣ llegan al detector → absorbidos por interacción del efecto FE, y dispersados por interacción Compton. Depende de la energía del fotón y la densidad del material, por lo que la intensidad de un haz de fotones ↓ con el grosor del material transmitido. Necesita densidad media de LOR, pero no depende de la posición de aniquilación en el LOR.
¿Cuáles son los principios físicos de PET?
1) Decaimiento del β+: pierde su E Cinética por interacciones inelásticas con los (E-) de los átomos del tejido
2) Interacción del β+ con tejido: depende de la Energía del mismo
3) Aniquilación Electrónica: β+ se combina con (E-) y liberan la energía de sus masas en reposo. Emiten 2 rayos ɣ (511KeV) en direcciones opuestas
4) Detección de fotones ɣ: detectores de radiación, son válidos si al ser golpeados por fotones hay coincidencia.
Principio matemático
Transformada de Radón
Escáner
Cilíndrico, conformado por un arreglo de bloques de detectores. Contiene un centellador (cristales - NaI, BGO, LYSO, LSO), fotodetector, fotomultiplicador, ADC (Convertidor Digital-Análogo)
Detectores
Se colocan en un arreglo circular, cada anillo detector se coloca uno a lado del otro para extender el FOV axial y +eficacia de detección. Cada detector está diseñado para absorber y detectar fotones de la aniquilación de 511 keV
Adquisición
Fotón ɣ deposita energía en cristal centellador generando → fotones de LUZ visible.
Fotomultiplicador: genera un pulso de corriente a partir de los fotoelectrones producidos en el fotocátodo.
[Fotosensor, detecta pulso de luz para convertirlo en pulso eléctrico]
ADC: estima energía, posición de incidencia y tiempo, se aplica una ventana de energía para 511 keV (evento simple váildo)
¿Qué evento válido registra PET?
Cuando 2 fotones de la aniquilación son detectados en 2 elementos detectores separados, en una ventana de tiempo (ns). Si un sobrelape de 2 pulsos de dos entradas es captado/sensado por un circuito de detección de coincidencia. El circuito, a cambio, generará un pulso lógico registrado por el contador para registrar el evento de coincidencia
Tipos de Eventos de Coincidencia
- Verdadera (TRUE): 2 fotones emitidos por el mismo evento de aniquilación son detectados por un par de detectores y generan una coincidencia
- Aleatoria (RANDOM): coincidencia producida por 2 fotones de aniquilación no relacionados, donde la orientación de lo fotones emitidos es tal que 1 fotón de cada evento de aniquilación es detectado. Rechazado o corregir
- De Dispersión (SCATTER): 2 fotones de 2 eventos de aniquilación distintos que tienen un ángulo de dispersión que los separa.
- Múltiples: 3 o más fotones detectados. pueden contener uno verdadero y otro fotón único no relacionado, o 3 fotones no relacionados. Indirectamente ↑+ ruido por pérdida de eventos o tiempo muerto.
¿Qué es un LOR?
Línea de Respuesta - línea que conecta a un par de detectores, la dirección del par de fotones emitidos es la = orientación de ésta
Generación de un sinograma
Cada LOR es una línea en el espacio que parametriza en el plano TRANSVERSAL con el ángulo θ y distancia ‘r’ y luego por una combinación de anillos y coordenadas z.
↑+ # de cuentas en el sinograma 2D correspondiente a su combinación
¿Cuáles con las correcciones de efectos FÍSICOS que deben hacerse?
Atenuación, Eventos Dispersos (scatter), Eventos Aleatorios (random), Normalización y Tiempo Muerto
¿A qué se refiere el Tiempo Muerto?
Es el periodo que pasa desde la detección de un evento hasta que el detector pueda detecar el próximo.
¿Por qué y cómo deben corregirse los eventos de Dispersión, Aleatorios y Normalización?
· Dispersión: genera un efecto aditivo al sumar eventos falsos al sinograma, por lo que depende del mapa de atenuación.
→ Se estima por simulación para sustraer el sinograma.
· Aleatorios: también genera un efecto aditivo , mientras ↑+ actividad, ↑+ aleatoriedad y depende de la resolución TEMPORAL.
→ Se estima con una ventana de coincidencia demorada para sustraer el sinograma.
· Normalización: Cada LOR tiene ≠ eficiencia por factores geométricos, y los detectores por scánner geométricos y sus propiedades.
→ Se calcula un factor para c/LOR del sinograma.
Reconstrucción de imagen
ORIGEN: algoritmos analíticos de la transformada de Radón donde toma todas las proyecciones del sinograma
AHORA: algoritmos estadísticos para modelar estadística de los datos y #características del scanner [sinograma adquirido → imagen a estimar]
¿Cuáles son los límites o desafíos en la reconstrucción de imágenes en PET?
1) Resolución: es > 4mm, implica varios factores como rango del positrón, penetración de los fotones ɣ , decodificación espacial, etc.
2) Ruido Estadístico: imágenes se basan en coincidencias adquiridas, es decir, el ruido depende de la cantidad de eventos adquiridos..
3) Efecto de Volumen Parcial: resolución limitada para la física (1-2mm), se generan errores por cuantificación por estos errores de volumen parcial.
¿Qué métodos existen para la reconstrucción de imágenes en PET? (2)
[Analítica: rápido procesamiento de datos ]
→ Retroproyección filtrada (FBP): solución al problema inverso de la transformada de Radón. Datos proyectados se regresan al espacio de la imagen desde ≠ ángulos, la superposición de todas las proyecciones resulta en una estimación de la imagen como la representación. Susceptible a ruido pero se aplica un filtro de alto paso que enfatiza las frecuencias ↑’s para dar +nitidez a la imagen (puede amplificar el ruido de alta frecuencia, se recomienda tener 2 parámetros de ruido estadístico y ruido aceptable)
[Iterativa: considera características estadísticas y el ruido de los datos adquiridos]
→ Maximum Poisson Likelihood: modela ruido como Poisson; máx verosimilitud, permite implementar un modelo más certero de los datos. Optimización para datos incompletos, y para datos completos un voxel solo.
¿Qué significa SUV?
Standarized Uptake Value (Valor de captación estandarizado), utilizado en un Modelo Forward, donde se estima/simula un sinograma a partir de una imagen f (matriz del sistema)
VENTAJAS
- ↑Sensibiliad
- Radionucléidos abundantes en el cuerpo en forma de biomoléculas endógenas (11C, 13N, 8F / carbohid, lípidos, ác nucl, prot)
DESVENTAJAS / LIMITANTES
- Vida media corta de radiotrazadores (deben producirse en el sitio antes de tomar la imagen)
- ↑$
- Ventana de tiempo limitada
- RUIDO => cantidad de eventos adquiridos
