Procesarea digitală a semnalelor și imaginilor în tomografia cu emisie de pozitroni Jagiellonian

Titlul original:

Digital Signal and Image Processing in Jagiellonian Positron Emission Tomography

Conținutul cărții:

Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) este o tehnică-cheie în domeniul imagisticii medicale, care permite diagnosticarea funcțiilor organismului și urmărirea modificărilor tumorale. În măsurarea PET, pacientului i se injectează un radiotrasor, care conține un număr mare de atomi metastabili de radionuclizi, care emit pozitroni. Ca urmare a anihilării pozitronilor, se produc doi fotoni care se deplasează în direcții aproape opuse și sunt înregistrați de sistemul de detecție poziționat astfel încât să înconjoare corpul pacientului. Aparatele PET de ultimă generație utilizează cristale de scintilație care se caracterizează printr-o eficiență ridicată de detectare a fotonilor de anihilare.

În acest context, merită menționat faptul că colaborarea Jagiellonian PET (J-PET) a dezvoltat un nou scaner PET pentru întregul corp bazat pe scintilatoare din plastic. Acestea sunt mult mai ieftine decât scintilatoarele de cristal, ceea ce oferă posibilitatea de a reduce costul ridicat al scanerelor PET și de a le face mai accesibile. Cu toate acestea, scintilatoarele din plastic au o eficiență de detectare a cuantelor gamma mult mai scăzută în comparație cu cristalele anorganice de scintilație. Acest lucru poate fi compensat prin creșterea câmpului vizual al scanerului și îmbunătățirea rezoluției temporale în măsurarea timpului de zbor al cuantelor gamma. Scanerul J-PET constă din benzi de scintilator din plastic citite la ambele capete de o pereche de fotomultiplicatoare și dispuse axial în jurul unui tunel tomograf cilindric. Coordonata axială a punctului de interacțiune a fotonului de anihilare în banda de scintilator este derivată din diferența timpului de propagare a luminii măsurat cu perechea de fotomultiplicatoare.

Principiile operaționale ale scanerului J-PET sunt similare tomografelor convenționale, cu excepția faptului că informațiile temporale extrem de precise sunt de o importanță capitală. Prin urmare, scanerul J-PET necesită o pregătire a unor metode noi pentru fiecare etapă a procesării datelor. Scopul lucrării prezentate în această teză este o dezvoltare a algoritmilor de procesare a semnalului și a imaginii, ținând cont de unicitatea detectorului J-PET. Metodele propuse includ: recuperarea semnalului pe baza eșantioanelor unei forme de undă înregistrate la ieșirea fotomultiplicatorului, reconstrucția poziției și a timpului de interacțiune a fotonului de anihilare în banda de scintilator, clasificarea tipurilor de evenimente PET și reconstrucția imaginii care operează exclusiv în spațiul imaginii. Datorită deosebirii față de scanerele PET convenționale, majoritatea metodelor prezentate în această teză sunt soluții inovatoare în prelucrarea digitală a semnalelor și imaginilor în tomografie.