Digitális jel- és képfeldolgozás a Jagelló-féle pozitronemissziós tomográfiában

Eredeti címe:

Digital Signal and Image Processing in Jagiellonian Positron Emission Tomography

Könyv tartalma:

A pozitronemissziós tomográfia (PET) az orvosi képalkotás egyik legfontosabb technikája, amely lehetővé teszi a szervezet működésének diagnosztizálását és a daganatos elváltozások nyomon követését. A PET-mérés során a páciensnek nagyszámú metastabil radionuklid atomot tartalmazó radioaktív anyagot fecskendeznek be, amely pozitronokat bocsát ki. A pozitronok annihilációjának eredményeképpen két, közel ellentétes irányú foton keletkezik, amelyeket a páciens testét körülvevő detektáló rendszer regisztrál. A legmodernebb PET-szkennerek szcintillációs kristályokat használnak, amelyeket az annihilációs fotonok nagy detektálási hatékonysága jellemez.

Ebben az összefüggésben érdemes megemlíteni, hogy a Jagelló Egyetem PET (J-PET) kollaborációja egy új, műanyag szcintillátorokon alapuló, egész testre kiterjedő PET-szkennert fejlesztett ki. Ezek sokkal olcsóbbak, mint a kristály szcintillátorok, ami lehetőséget ad a PET-szkennerek magas költségeinek csökkentésére és megfizethetőbbé tételére. A műanyag szcintillátorok azonban a szervetlen szcintillációs kristályokhoz képest jóval alacsonyabb gamma-kvantumok kimutatási hatékonysággal rendelkeznek. Ezt a szkenner látómezejének növelésével és a gamma-kvantumok repülési idejének mérése során az időfelbontás javításával lehet kompenzálni. A J-PET szkenner műanyag szcintillátorcsíkokból áll, amelyek mindkét végén egy fotomultiplikátor-pár által kiolvasott és tengelyirányban egy hengeres tomográfalagút körül elhelyezett szcintillátorcsíkokból állnak. A szcintillátorcsíkon lévő annihilációs foton kölcsönhatási pontjának axiális koordinátáját a fény terjedési idejének a fotomultiplier-párral mért különbségéből származtatják.

A J-PET szkenner működési elvei hasonlóak a hagyományos tomográfokéhoz, azzal a különbséggel, hogy a rendkívül pontos időinformáció kiemelkedően fontos. Ezért a J-PET szkenner az adatfeldolgozás minden egyes lépésénél új módszerek kidolgozását igényli. A disszertációban bemutatott munka célja a J-PET detektor egyediségét figyelembe vevő jel- és képfeldolgozó algoritmusok fejlesztése. A javasolt módszerek a következők: a fotomultiplikátor kimenetén regisztrált hullámforma mintáin alapuló jelvisszaállítás, a szcintillátorcsíkon történő annihilációs foton kölcsönhatás helyének és idejének rekonstrukciója, a PET-események típusainak osztályozása és a kizárólag a képtérben működő képrekonstrukció. A hagyományos PET-szkennerektől való eltérés miatt a disszertációban bemutatott módszerek többsége a tomográfiában alkalmazott digitális jel- és képfeldolgozás innovatív megoldásai.