Digitálne spracovanie signálu a obrazu v pozitrónovej emisnej tomografii

Pôvodný názov:

Digital Signal and Image Processing in Jagiellonian Positron Emission Tomography

Obsah knihy:

Pozitrónová emisná tomografia (PET) je kľúčovou technikou v oblasti medicínskeho zobrazovania, ktorá umožňuje diagnostikovať funkcie organizmu a sledovať nádorové zmeny. Pri meraní PET sa pacientovi vstrekne rádiotraktor obsahujúci veľké množstvo metastabilných atómov rádionuklidu, ktorý vyžaruje pozitróny. Výsledkom anihilácie pozitrónov je vznik dvoch fotónov, ktoré sa pohybujú takmer opačným smerom a sú registrované detekčným systémom umiestneným tak, aby obklopoval telo pacienta. Najmodernejšie PET skenery používajú scintilačné kryštály, ktoré sa vyznačujú vysokou účinnosťou detekcie anihilačných fotónov.

V tejto súvislosti treba spomenúť, že Jagelovská PET kolaborácia (J-PET) vyvinula nový celotelový PET skener založený na plastových scintilátoroch. Sú oveľa lacnejšie ako kryštálové scintilátory, čo dáva možnosť znížiť vysoké náklady na PET skenery a urobiť ich dostupnejšími. Plastové scintilátory však majú oveľa nižšiu účinnosť detekcie gama kvánt v porovnaní s anorganickými scintilačnými kryštálmi. To sa dá kompenzovať zväčšením zorného poľa skenera a zlepšením časového rozlíšenia pri meraní času letu gama kvánt. Skener J-PET pozostáva z plastových scintilačných pásikov, ktoré sú na oboch koncoch snímané dvojicou fotonásobičov a sú usporiadané axiálne okolo valcového tomografického tunela. Axiálna súradnica interakčného bodu anihilačného fotónu v scintilačnom páse sa odvodí z rozdielu času šírenia svetla meraného dvojicou fotonásobičov.

Princípy fungovania skenera J-PET sú podobné ako pri bežných tomografoch, s tým rozdielom, že prvoradá je veľmi presná časová informácia. Preto si skener J-PET vyžaduje prípravu nových metód v každom kroku spracovania údajov. Cieľom práce prezentovanej v tejto dizertačnej práci je vývoj algoritmov na spracovanie signálu a obrazu so zohľadnením jedinečnosti J-PET detektora. Navrhované metódy zahŕňajú: obnovu signálu založenú na vzorkách tvaru vlny zaznamenanej na výstupe fotonásobiča, rekonštrukciu polohy a času interakcie anihilačného fotónu v scintilačnom páse, klasifikáciu typov PET udalostí a rekonštrukciu obrazu, ktorá pracuje výlučne v obrazovom priestore. Vzhľadom na odlišnosť od bežných PET skenerov je väčšina metód uvedených v tejto dizertačnej práci inovatívnym riešením v oblasti digitálneho spracovania signálu a obrazu v tomografii.