Resumen de A small animal PET prototype with sub-millimetre spatial resolution based on tRPCs
- español
La Tomografía de Emisión de Positrones (PET) es una técnica usada en medicina nuclear donde un componente biológicamente activo, trazador, marcado radioactivamente con un emisor de positrones (generalmente 18F, 11C, 13N u 15O), es introducido en el cuerpo tanto por inyección como por inhalación. Posteriormente la localización de este componente es obtenida mediante la detección de la radiación emitida por la sustancia radioactiva asociada. Ya que la imagen obtenida muestra la distribución del trazador en el interior del cuerpo, el PET es capaz de localizar donde y a que ritmo un cierto proceso metabólico, asociado a este trazador, tiene lugar. Por tanto, es capaz de determinar cuando la función bioquímica de un cierto órgano está alterada, mientras que muchas otras técnicas de médica (rayos X, ultrasonidos) están normalmente limitadas a la estructura física del órgano. Esta técnica se usa normalmente en órganos y enfermedades en donde la información funcional es de principal importancia, mientras que la información estructural es irrelevante o ambigua. Algunos ejemplos son las enfermedades neurológicas, las enfermedades de corazón o el cáncer.
Una de las aplicaciones específicas del PET es la tomografía de pequeños animales, aplicada en el desarrollo de nuevas drogas, en el estudio de enfermedades y en la verificación de terapias genéticas. En esta modalidad, pequeños animales como ratones transgénicos y ratas, son usados como modelos experimentales. Debido a las pequeñas dimensiones de los tejidos internos de estos animales, son necesarios instrumentos con alta resolución espacial y alta sensibilidad. Sin embargo, es difícil para los tomógrafos existentes, basados en la tecnología de centelleadores obtener altas sensibilidades combinadas con una alta resolución espacial.
Las Cámaras de Placas Resistivas para medida de tiempos (tRPCs) poseen unas características que las convierten en un fuerte candidato para su uso en PET y más concretamente en PET de pequeños animales. La idea básica de la detección es usar las propias placas del detector como conversores gamma. Así, algunos de los rayos gamma emitidos por el objeto de estudio son convertidos en electrones que eventualmente llegan al espacio de amplificación produciendo una señal detectable. Las características más importantes de este tipo de tecnología aplicada en PET son: una alta eficiencia geométrica, medida tridimensional del punto de detección del fotón, resolución espacial submilimétrica, alta resolución temporal (0.3 ns FWHM), eficiencia moderada y bajo coste de producción.
El objetivo de este trabajo consistirá en el desarrollo de un prototipo de PET para pequeños animales, basado en RPCs, que alcance resoluciones submilimétricas combinadas con una alta sensibilidad. Este tipo de tecnología podría ser una firme alternativa a otras técnicas utilizadas en tomografía de pequeños animales.
Existen cuatro tareas principales:
- Simulación. Desarrollo de un programa MonteCarlo para el estudio de la viabilidad de dicho detector y optimización de los parámetros del diseño: geometría, tipo de materiales, espesores, numero de detectores, ...
- Construcción. Construcción de un primer prototipo, constituido por dos elementos de detección y la construcción, programación y depuración tanto del sistema de adquisición de datos, como de la electrónica de lectura de los elementos de detección.
- Operación. Estudio del punto idóneo de funcionamiento de los elementos de detección, la interpretación de los datos provenientes de los mismos y la programación de los algoritmos necesarios para la reconstrucción de las imágenes obtenidas.
- Evaluación. Evaluación / comprensión de los resultados, la comparación con los resultados obtenidos previamente en la simulación y la evaluación mediante el uso de herramientas de simulación del rendimiento de un sistema completo basado en esta tecnología.
- English
The aim of this thesis is to explore the possibility of building a Positron Emission Tomography (PET) system with sub-millimetre spatial resolution and absence of parallax error based on timing Resistive Plate Chambers (tRPC), to be used in the imaging of small animals.
An RPC-PET prototype has been built consisting in two detector heads. Each head is built from sixteen independent metal-glass RPCs with a gas gap of 0.300 mm working on avalanche mode in the standard mixture.
The characteristics that could turn a RPC-PET into a competitive system can be summarized as follows:
• Sub-millimetre spatial resolution uniform on the entire Field of View (FOV) (parallax free error). Approximately 0.500 mm Full Width at Half Maximun (FWHM), experimentally measured with a point-like 22Na source for a system diameter of 60 mm.
• Simulated, absolute central point source sensitivity of 2.1 % and Noise Equivalent Count (NEC) peak of 320 kcps.
• Low cost, less than 100 k€, due to the inexpensiveness of the materials used in its constructions (except the FEE and DAQ), allowing the fast spread of the system for many research groups.
