Tomografía por emisión de positrones (PET) - Tecnología de imágenes de medicina nuclear

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La tomografía por emisión de positrones (PET) es otro método para obtener imágenes de medicina nuclear que tiene varias ventajas sobre la SPECT. PET utiliza radionúclidos emisores de positrones que dan como resultado la emisión de pares colineales de fotones de aniquilación de 511 keV. La detección de coincidencia de los fotones de aniquilación evita la necesidad de colimación y hace que la PET sea mucho más eficiente que la SPECT para detectar radiactividad. Más importante aún, existen radionúclidos emisores de positrones para oxígeno, carbono, nitrógeno y flúor que permiten etiquetar una amplia gama de moléculas como agentes de diagnóstico. Muchos de estos radionúclidos tienen vidas medias cortas y requieren un ciclotrón en el sitio. Sin embargo, 18F tiene una vida media lo suficientemente larga como para que pueda (y está) disponible regionalmente, y no hay un área poblada de los Estados Unidos donde no esté disponible. Varios otros, como 82Rb y 68Ga, están disponibles en generadores de radionúclidos que proporcionan los radionúclidos bajo demanda a pesar de su corta vida media.

La detección de coincidencias proporciona resolución espacial sin necesidad de colimación de plomo aprovechando el hecho de que los fotones de aniquilación resultantes de la emisión de positrones son aproximadamente colineales. Los eventos solo se cuentan si son detectados simultáneamente por dos detectores opuestos. El volumen wise definido por los detectores de coincidencia se denota como línea de respuesta (LOR). Se utilizan dos sistemas de detección individuales con un módulo de coincidencia adicional. Cada sistema personal genera un pulso lógico cuando detecta un evento que cae dentro de la ventana de energía seleccionada. Si los dos pulsos lógicos en el módulo de coincidencia se superponen en el tiempo, se detecta un evento de coincidencia. Los sistemas PET utilizan una gran cantidad (>10 000) de detectores dispuestos como múltiples anillos para formar un cilindro. Debido a que cada detector puede coincidir con otros detectores en el cilindro, los LOR resultantes brindan suficiente muestreo para recopilar la información de proyección necesaria para la tomografía.

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La eficiencia de detección intrínseca de un detector particular person depende del número atómico, la densidad y el grosor del detector. Idealmente, la eficiencia de detección intrínseca debería ser 1, pero a 511 keV esto es difícil de lograr, aunque la eficiencia intrínseca es excellent a ,8 para algunos de los detectores. La detección de coincidencias requiere que ambos detectores registren un evento. Debido a que las interacciones en los dos detectores son independientes, la eficiencia intrínseca de la coincidencia depende del producto de las eficiencias intrínsecas en cada detector. Como resultado, la eficiencia de detección de coincidencias siempre es menor que la de un solo detector, y esta diferencia se vuelve aún mayor para los detectores de baja eficiencia. Debido a la necesidad de una alta eficiencia intrínseca, los centelleadores son prácticamente los únicos materiales que se utilizan actualmente como detectores en los sistemas de imagen PET.

Se registra un evento de coincidencia cuando hay una superposición de las salidas lógicas individuales en los módulos de coincidencia. El ancho temporal de la superposición depende de las propiedades de centelleo de los detectores. Con los escáneres PET actuales, este ancho oscila entre 6 y 12 ns. Aunque este es un tiempo muy corto en comparación con la mayoría de las actividades humanas, es bastante largo en comparación con las distancias que viajan los fotones a la velocidad de la luz. La luz viaja a unos 30 cm/ns, por lo que una duración de 6 ns corresponde a una incertidumbre de distancia de unos 90 cm, que es aproximadamente el diámetro del anillo detector. Como resultado, la diferente distancia de la fuente entre los detectores no tiene ningún efecto observable sobre la sincronización de los eventos de coincidencia en los sistemas PET convencionales.

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El tiempo de llegada de los fotones de aniquilación solo es realmente simultáneo cuando la fuente está exactamente a mitad de camino entre los dos detectores de coincidencia opuestos. Si la fuente está desplazada del centro, existe un intervalo de tiempo de llegada correspondiente, ya que un fotón de aniquilación tiene que viajar una distancia más corta que el otro. Como se discutió anteriormente, esta diferencia de tiempo es demasiado pequeña para ser útil en sistemas de PET de diseño convencional. Sin embargo, algunos de los centelleadores utilizados en los tomógrafos PET (por ejemplo, LSO, LYSO) pueden responder más rápido que el tiempo de 6-12 ns mencionado anteriormente. Con la electrónica adecuada, la ventana de tiempo de coincidencia para estos detectores se ha reducido a 600 ps, dando una incertidumbre de localización de fuente de 9 cm. Incluso con esta reducción, la localización del tiempo de vuelo no se puede usar para generar imágenes tomográficas directamente, pero se puede usar para confinar regionalmente el proceso de retroproyección a áreas donde las fuentes se encuentran aproximadamente. En las implementaciones actuales, la inclusión de información de tiempo de vuelo lessen el ruido en las imágenes reconstruidas por un element de 2. De hecho, los tomógrafos PET de tiempo de vuelo estuvieron disponibles comercialmente por un corto tiempo en la década de 1980. Estos sistemas usaban detectores de BaF2, que son muy rápidos pero, lamentablemente, tienen una eficiencia de detección muy baja. Como resultado, estos dispositivos no competían bien con los escáneres PET tradicionales basados en BGO. En 2006, se reintrodujo una máquina de tiempo de vuelo basada en detectores LYSO y ahora está disponible comercialmente.

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El único criterio para registrar un evento de coincidencia es la superposición de pulsos de salida en el módulo de coincidencia. Las verdaderas coincidencias ocurren cuando una fuente se encuentra en el LOR definido por dos detectores. Es posible que los eventos detectados en los dos detectores de coincidencia de fuentes que no están en la línea de respuesta puedan ocurrir aleatoriamente. A medida que aumenta la tasa de recuento en cada uno de los detectores individuales, aumenta la probabilidad de que se produzcan falsas coincidencias a partir de eventos no correlacionados. Estos eventos se llaman casualmente o coincidencias aleatorias. La tasa de coincidencia aleatoria (R) es directamente proporcional al ancho de la ventana de tiempo de coincidencia
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