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Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas

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L I P [PARTICLES AND TECHNOLOGY]

RPC-PET

PET with Resistive Plate Chambers (RPC-PET)


// Instrumentos e Métodos para Aplicações Biomédicas

Instrumentos e Métodos para Aplicações Biomédicas

Objectivo

A Tomografia de Emissão de Positrões (PET) é uma técnica poderosa de imagiologia molecular funcional. O nosso objectivo é o desenvolvimento um tomógrafo baseado numa tecnologia radicalmente nova de TOF-PET, que envolve todo o corpo do paciente, com resolução espacial a atingir os limites físico da técnica PET e sensibilidade uma ordem de grandeza superior à dos sistemas comerciais correntes, sem aumento de custo. Uma tal inovação fornecerá aos clínicos capacidades superiores de diagnosticar e detectar doenças oncológicas e de outros tipos, bem como de estudar mecanismos de doença, constituindo uma mudança de paradigma no uso clínico de PET. Realizados já os estudos básicos de viabilidade, neste projecto pretende especificamente desenhar, construir, testar e desenvolver um primeiro protótipo de dimensão real de um tomógrafo para corpo inteiro, com um campo de visão axial (AFOV) de 2m e uma abertura de 90 cm.

A demonstração desta tecnologia, radicalmente diferente da dos cristais tradicionalmente usados na detecção de raios gama, pode, aliás, abrir perspectivas totalmente novas na detecção de raios gama em áreas extensas, para lá das aplicações médicas.

Ideia fundamental

A sensibilidade é um parâmetro fundamental dos sistemas PET, determinando a quantidade de traçador radioactivo a administrar ao paciente, o tempo de observação e o nível de ruído para uma dada granularidade da imagem. Qualquer melhoria na sensibilidade permite o correspondente melhoramento num destes parâmetros ou numa combinação deles. Deve contudo garantir-se que qualquer nova tecnologia forneça os melhoramentos esperados sem contudo conduzir a um aumento significativo de custos relativamente aos sistemas disponíveis no mercado. Ora tal não é o que se passa com muitas das soluções que estão actualmente em estudo, podendo ser necessários compromissos [ERI06].

A nossa proposta para PET de alta sensibilidade a custo moderado envolve a técnica TOF-PET e o aumento dramático do AFOV [BLA03, ERI08] até uma dimensão de corpo inteiro (2 m) graças a um detector de radiação com custo por unidade de área moderado, capaz de fornecer excelente resolução espacial, uniforme ao longo do FOV, sensível à profundidade de interacção e com uma resolução de 300 ps para tempo de vôo.

Um campo de visão muito extenso, capaz de abranger todo o corpo dum paciente ("single bed"), tem ainda outras vantagens sobre os sistemas com AFOV reduzido. Entre elas, está a possibilidade de, obtendo imagens simultâneas de todo o corpo, permitir o estudo completo de processos dinâmicos graças a uma segmentação temporal melhorada. Outra vantagem está na possibilidade de obter uma melhor quantificação da actividade através duma melhor correcção de difusão ("scatter"), dado não haver actividade fora do FOV.

Aproximação inovadora

A nossa aproximação baseia-se numa tecnologia de detecção já em uso na Física de Partículas para a medida de tempo de vôo de partículas elementares carregadas: as "timing Resistive Plate Chambers" (tRPCs). Esses detectores gasosos foram desenvolvidos para cobrir áreas de mais de uma centena de metros quadrados a preços moderados, fornecendo ao mesmo tempo excelente resolução temporal, abaixo dos 100 ps rms.

Há alguns anos este grupo propôs a aplicação destes detectores à tecnologia TOF-PET, tanto para tomógrafos de corpo inteiro para humanos, como para pequenos animais [BLA03]. Tal aplicação baseia-se no princípio das "placas conversoras" e tira partido da estrutura natural "em camadas" das tRPCs e de a sua construção em áreas grandes ser económica. A baixa eficiência naturalmente esperada para os fotões de 511 keV é mais que compensada [COU07a, ERI08, CRE09] pela possibilidade de alcançar campos de visão extensos, que poderão ir até 2 m.

O conceito foi também revisto independentemente [ERI08], embora assumindo condições diferentes, confirmando-se que poderá para corpo inteiro substituir com vantagem os tomógrafos de cristais que constituem o "state-of-the-art".

// Research Area
Física Experimental de Partículas com aceleradores
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Responsável de Grupo:  
Paulo Fonte




 


  • AN ULTRA-HIGH RESOLUTION PRECLINICAL POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY SCANNER
  • Autor(es):  P. Martins et al. (15 authors)
  • Submissão:  2015-07-01, Aceitação:  2015-07-01, Publicação:  2015-07-01
  • Referência:  2015 IEEE 4TH PORTUGUESE MEETING ON BIOENGINEERING (ENBENG) ISBN 978-1-4799-8269-1 (2015)  

  • Time-of-Flight Positron Emission Tomography with Resistive Plate Chamber Detectors: An Unlikely but Promising Approach
  • Autor(es):  M. Couceiro, P. Crespo, A. Blanco, N. C. Ferreira, L. Mendes, R. Ferreira Marques, P. Fonte
  • Submissão:  2015-05-15, Aceitação:  2015-05-15, Publicação:  2015-05-15
  • Referência:  Acta Phys. Pol. A 127 (2015) 1453-1461  

  • Scatter Fraction, Count Rates, and Noise Equivalent Count Rate of an RPC TOF-PET System: Simulation Study Following the NEMA NU2-2001 Standards
  • Autor(es):  Couceiro, M.; Crespo, P. ; Marques, R.F. ; Fonte, P.
  • Publicação:  2014-05-11
  • Referência:  IEEE Trans. Nucl. Sci.61 (2014) 1153-1163  

  • An all-digital coincidence-selection and coincidence-trigger generation for a small animal RPC-PET camera
  • Autor(es):  F.M.C. Clemencio, C.F.M. Loureiro, P. Fonte, and J. Landeck
  • Publicação:  2013-08-15
  • Referência:  IEEE Trans. Nucl. Sci.60:4 (2013) 2912-2917   Ver publicação

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  • ANTS
  •  Anger camera-type detector simulation and experimental data processing tools.
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