POI algoritmusok alkalmazásának vizsgálata képalkotó szenzorokhoz

Az orvosbiológiában alkalmazott pozitron emissziós tomográfiai (PET) eljárások lényege, hogy a vizsgált testben daganatos elváltozásokat, agyi és szívbetegségeket tudjanak kimutatni nagy pontossággal és korai stádiumban. A képalkotó folyamat alapja a páciens szervezetébe juttatott radioaktív anyag hatására fizikai reakciókban létrejövő gamma fotonok érzékelése. A gamma fotonok pozíciójának (point of interest - POI) becslése az eszköz érzékelő egységét képző szcintillációs kristály által kiváltott fény fotonok mérésével történik. Hagyományosan a fény fotonok által hordozott információ kinyerése fotoelektron sokszorozó csövek (PMT) használatával történik, az elektronika és a félvezető alapú eszközök fejlődésével azonban megjelentek a közönséges CMOS technológián alapuló, olcsón előállítható félvezető alapú fényérzékelő szenzorok is. Ezen szenzorok használata számos előnnyel bír a korábbi megoldásokhoz képest, mint például az érzéketlenség a mágneses térre, ezáltal a PET és MRI eljárások együttes alkalmazhatósága a pontosabb diagnózis felállítása érdekében, nagy felbontás így nagyobb pontosság elérése a képalkotásban, nagyobb érzékenység, így a radioaktív nyomkövető anyag mennyiségének csökkentése és a szervezetet terhelő hatásának mérséklése. Ugyanakkor új és további követelményeket támaszt és kérdéseket vet fel az érzékelő által szolgáltatott adatokból a gamma foton pozíciójának becslésére alkalmazható algoritmusok tekintetében. Ezen algoritmusok kiválasztását és megalkotását tehát számos, sokszor egymásnak ellentmondó tényező befolyásolja. Jelen dolgozat célja annak a vizsgálata, hogy az algoritmus implementálásának absztrakciós szintje hogyan befolyásolja ezen követelmények halmazát, és milyen előnyökkel, hátrányokkal jár mind a szóba jöhető pozícionáló algoritmusokra, mind a teljes rendszerre nézve, egy magas szintű szoftveres megoldástól kezdve, hardware közeli újrakonfigurálható egység (FPGA) alkalmazásán át, egészen a szenzor chip-be integrált specifikus logikai egységig.

[1] Leo Huf Campos Braga, Leonardo Gasparini, Lindsay Grant, Robert K. Henderson, Nicola Massari, Matteo Perenzoni, David Stoppa and Richard Walker; "An 8×16-pixel 92kSPAD Time-Resolved Sensor with On-Pixel 64ps 12b TDC and 100MS/s Real-Time Energy Histogramming in 0.13μm CIS Technology for PET/MRI Applications" IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), Digest of Technical Papers, pp. 486-487, San Fransisco, February 2013.

[2] Leo H. C. Braga, Lucio Pancheri, Leonardo Gasparini, Matteo Perenzoni, Richard J. Walker, Robert K. Henderson amd David Stoppa; "A CMOS mini-SiPM detector with in-pixel data compression for PET applications" IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), 2011, pp. 548-552.

szerző

• 
  Kufcsák András
  villamosmérnöki
  nappali

konzulensek

• 
  Dr. Fehér Béla
  egyetemi docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
• 
  Dr. Lőrincz Emőke
  címzetes egyetemi tanár, (külső)

helyezés