PET detektor modulok vizsgálata optikai gerjesztéssel
Az orvosi képalkotás területén az utóbbi időben egyre nagyobb érdeklődés mutatkozik a pozitron-emissziós tomográfia (PET) és a mágneses rezonancia képalkotás (MRI) kombinálása iránt. Egy MRI-kompatibilis PET detektor modulnak azonban még erős mágneses térre is közel érzéketlennek kell lennie, ezért a megszokott fotoelektron-sokszorozó (PMT) ilyen eszközben nem használható. Ennek kiváltására az egyik legígéretesebb jelölt a szilícium fotoelektron-sokszorozó (SiPM) [1]. A hagyományos PMT-vel ellentétben ezek pixelezett eszközök, így lehetővé válik a PET modulban szokásosan alkalmazott kristálytűk helyett folytonos kristálytömbök használata [2].
A PET detektor modulokat általában gamma-fotonokkal vizsgálják, ebben az esetben a kristályban lezajló szcintilláció mélysége nem meghatározott, véletlen. A [3]-ban olvasható mérési eredmények azonban azt mutatják, hogy az általam vizsgált, és PET modulokban is gyakran alkalmazott, cériummal dópolt lutécium-yttrium-ortoszilikát (LYSO) kristálynak UV gerjesztésre adott lumineszcens válasza mind időbeli lefutásában, mind spektrumában közel azonos a gamma-foton hatására bekövetkező szcintillációval, ezért a kristály optikai módszerrel is vizsgálható. Ez számtalan előnnyel bír a nukleáris gerjesztéshez képest, így például a gerjesztő fény megfelelő helyre fókuszálásával a DOI meghatározott, és jól beállítható; illetve nincs szükség nagy aktivitású gamma-forrásra.
Munkám során a modulokat 365 nm hullámhosszú LED fényforrás és SensL által gyártott SiPM detektor segítségével vizsgáltam a [2]-ben látható mérési elrendezésben. Első lépésben meghatároztam a mérési elrendezésnek a különböző beállításokra való érzékenységét, ezzel a későbbi mérések hibáját becsülni tudtam. Ezután a különböző geometriájú és borítású modulokat hasonlítottam össze. Vizsgáltam a gerjesztés helye és a DOI függvényében a kilépő fény mért súlypontjának helyzetét, ez ugyanis döntő szempont a folytonos kristálytömbök alkalmazhatóságában, valamint az összfotonszámot a gerjesztés helye és a DOI függvényében, ami a PET-készülék energiafelbontásában játszik lényeges szerepet. Az elrendezést számítógéppel is modelleztem, és a szimulációból kapott eredményeket összevetettem a mért értékekkel.
A munkám során megállapítottam, hogy az összes mért fotonszám és a súlypont torzítása kis mértékben függ a kristály oldalára helyezett borítástól és a DOI-tól. Fontos eredmény, hogy a kilépő összes fotonszám több mint kétszeresére is emelkedhet, ha a kristály szemközti oldalai nem függőlegesek, hanem befelé, egymás felé döntöttek, így az energiafelbontás jelentősen javítható; ugyanakkor ez a konstrukció jelentősen növeli a súlyponti torzítását is. Ezek az eredmények hozzájárulhatnak az új típusú PET modulok optimalizálásához.
Irodalom:
1. Habib Zaidi „Recent developments and future trend sin nuclear medinice instrumentation”, Z. Med. Phys., Vol. 16, 5-17 (2006)
2. B. Játékos, Z. Kolozsi, E. Lőrincz, F. Ujhelyi, A. Barócso, G. Erdei “Characterization of MRI-compatible PET detector modules by optical excitation of the scintillator material”, SPIE proceedings 8439.
3. R. Mao, L. Zhang, Ren-Yuan Zhu „Emission Spectra of LSO and LYSO Crystals excited by UV Light, X-Ray and γ-ray”, IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 55, No. 3, (2008).
szerző
-
Kettinger Ádám Ottó
fizikus
nappali
konzulensek
-
Dr. Lőrincz Emőke
címzetes egyetemi tanár, (külső) -
Játékos Balázs
doktorandusz, Atomfizika Tanszék
