Design optimization of a continuous detector for pem imaging with high resolution and doi capability

Abstract

Bu tezin amacı sürekli bir detektörün çözünülürlüğünü Anger algoritmasından farklıbir algoritma kullanarak iyileştirmektir. Hedefimiz Pozitron Emisyon Mamografi (PEM)görüntüleme yöntemi için kayda değer bir çözünülürlük elde etmektir. Birçok araştırmagrubu farklı türlerde yüksek çözünülürlüklü Pozitron Emisyon Tomografi (PET) sistemlerigeliştirme uğraşında bulunmaktadır. Bunların içerisinde, çoğunluğunu küçük birbirindenbağımsız kristal elemanlar ve pozisyon hassasiyetli yada çok kanallı foton çoklayıcı tüpleriçeren dizaynlar oluşturmaktadır. Bununla birlikte, yüksek çözünülürlük elde etmek içinkullanılan dar, pikselleştirilmiş kristallerin, kristaller arası saçılma, ışık toplamada zorluk,kristal boyutlarının pratik kullanıma çok elverişli olmayışı ve yüksek fiyatlı olmaları çeşitlisorunlar yaratmaktadır.Bu çalışmada, simülasyonlar kullanarak yüksek çözünülürlüklü PEM görüntülemeiçin sürekli kristal detektör kullanmanın uygunluğu araştırılmıştır. Bir yandan sisteminmaliyetini azaltıp diğer yandan sistemin performansı iyileştirmeyi istemekteyiz.Simülasyonlar, Anger algoritmasının doğrusal bozulma problemini düzeltmek için dahafazla işlem gerektiği için küçük boyutlu detektörler için elverişli olmadığını ve etkileşimderinliği hakkında bir bilgi sağlayamadığını göstermiştir. Simülasyonlar ayrıca göstermiştirki, 10 mm kalınlığındaki bir NaI kristali için Anger algoritması ile bir etkileşimin konumuhesaplandığında, etkileşimin meydana geldiği derinliğe göre konumlandırmada 1 mmcivarı bir kayma meydana gelebilmektedir.Kayıt tablosu ile birlikte kullanılan en yakın komşu algoritması, Angeralgoritmasından daha iyi sonuçlar vermiş olup, ayrıca etkileşim derinliği hakkında da bilgisağlamıştır. Olası Compton sıçramalarını elemek için algoritmaya, Yakınlık değeri adınıverdiğimiz, ikinci bir eşik adapte ettik. Bu, kullanılabilecek etkileşim sayısından feragatederek çözünülürlüğün iyileşmesini sağladı. En uygun yakınlık değeri simülasyonsonuçlarına dayanarak önerilmiştir.Anahtar Sözcükler: Pozitron emisyon tomografi (PET), sürekli sintilatör, etkileşimderinliği, Anger algoritması.

The objective of this thesis is to improve the resolution of a continuous detector byusing an algorithm other than Anger algorithm. Our aim is to obtain a reasonable resolutionnecessary for Positron Emission Mammography (PEM) imaging. Many research groupshave been involved in developing different types of high resolution Positron emissiontomography (PET) systems. Among those, most designs have consisted of detectorsassembled using tiny discrete crystal elements identified by position sensitive or multi-channel photomultiplier tubes. However using narrow, pixellated crystals for higherresolution causes several problems including inter crystal scatter, light collection difficulty,practical difficulties of crystal size, and high cost.In this work, the feasibility of using a continuous crystal detector for PEM imagingwith high resolution has been investigated through simulations. We aim to reduce thesystem cost and to improve system performance. Simulations confirmed that Angeralgorithm is not a feasible algorithm to use in a small size detector since it needs furtherprocessing to correct the linearity distortion problem and it does not provide anyinformation about the depth of interaction. Simulations also showed that, when calculatingthe location of interaction with Anger algorithm, there can be a shift about 1 mm dependingon the depth of interaction in a 10 mm thick NaI crystal.The nearest neighbor algorithm by using a lookup table gave better results thanAnger algorithm and also provided information about depth of interaction. We adapted asecond threshold, called Proximity value, to the algorithm to eliminate possible Comptonscatterings. This improves the resolution while trading off the number of interactions used.An optimum proximity value has been suggested depending on the simulation results.Keywords: Positron emission tomography (PET), continuous scintillator, depth ofinteraction (DOI), Anger logic.