Name: a basic positron emission tomography system constructed to locate a radioactive source in a bi-dimensional space
Uploaded: 2016-02-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 19 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space at JoVE.com

We are very grateful for the financial support of the Physics Department of CINVESTAV. We also want to thank our technician Marcos Fontaine Sanchez for his remarkable assistance with the set up. Thanks a lot to Sarah LaPointe for reviewing the English-language of this document.

PET Kur&#39;un 1. Hazırlık <ol><li> PMT plastik scintillator parçaları ile birleştiğinde hazırlayın. PMT (boyut, photocathode şekli) türüne bağlı olarak PMT&#39;nin photocathode ile sığdırmak için yeterli scintillator parçasını oluşturmak. <ol><li> Siyah bant ile scintillator parçaları sarın. O PMT ışık girişinde ile birleştiğinde olacak gibi bir tarafı ortaya bırakın. NOT: Bu parçalar daha önce hafif birikim kayıplarını önlemek için cilalı olması önemlidir. </li></ol></li><li> O zaman optik yağ ve sintilatörle en çıplak yüzünü uygulamak alkol (% 70 ticari alkol konsantrasyonu) ile PMT ışık girişini temizleyin. Sintilatöre ile PMT yüz birleştiğinde ve daha siyah bant ile sarın. <ol><li> (Bu durumda yanlılığı 14 V önyargı bir kablo her PMT dahil edilir ve gerilim kontrolü için 0,5 V) kaynak gerilimi PMT bağlayın. Bağlayarak PMT gelen sinyalleri tespitStandart bir dijital osiloskop kanala PMT sinyal kablosu (sinyal kablosu da her PMT için dahildir). / Laboratuarda ışığı kapalı açarken hiçbir ışık kayıplar vardır doğrulamak için, sinyallerin genlik değişimleri gözlemleyin. Bir dedektör sintilatör artı PMT anlamına nerede dört dedektör, her biri için bu adımı yineleyin. </li></ol></li><li> Başka bir dedektörün gelen kısmı üzerinde bir dedektör scintillator kısmını yerleştirerek bir tesadüf sistemini kurmak. Bir NIM sandık içinde ayırt edici ve mantık birimi modülleri adlı iki NIM (Nükleer Enstrüman Modülü) aletleri koyun. </li><li> Discriminator modülünün girişlerine dedektörlerinden çıkış sinyallerini bağlayın. Mantık birimi ön panelde bu mantık davayı seçerek VE modunda bir mantık birimini kullanın. Mantık birimi girişler iki ayırt edici çıkışlarını bağlayın. NOT: VE iki kare sinyal aynı anda ya da tesadüf geldiğinde seçer mantıksal bir işlemdir. </li><li> Co(her iki dedektörler tesadüf çarpan kozmik ışınların yarattığı) olayları saymak için (dijital sinyalleri sayar) ölçekleyicili modülünde mantık ünitesi çıkış sinyalini nnect. </li></ol> 2. PET Sinyalleri Kazanılması <ol><li> Daha önce belirlenmiş kare alanın ters köşe her iki dedektörleri koyun, böylece yerine kozmik ışınları kullanarak, birbirlerine yüz ve 20 cm arayla ve 1.4 ve 1.5, ama bu sefer aynı egzersiz yapmak (kozmik ışınlar olarak görev geçici bir doğal radyoaktif kaynak), NA-22 radyasyon kaynağı kullanır. <ol><li> Her iki dedektör arasındaki orta mesafe radyoaktif kaynak yerleştirin ve skaler modül üzerinden veri toplama yapmak. Sistem kurmak ve bir tesadüf elde etmek üzere kullanılan mantık bloğu şematik bir düzenlemesi, Şekiller 1, 2 ve 3&#39;te görülebilmektedir. </li></ol></li><li> İki ayrımcılık PMT çıktılarını ve bağlayarak gelen sinyallerin zaman farkını ölçmekosiloskop tesadüf çıktı. Üç sinyallerin her biri bir osiloskop girişine gider; osiloskop ekranında üç kare sinyaller olacaktır. Yatay ölçek (zaman ölçeği) ile iki ayrımcılık sinyallerin zaman farkını ölçmek. NOT: Meydanı arasında radyoaktif kaynak hem dedektörler arasındaki orta doğrudan olduğunda orada olacak çok az veya hiç ayırma veya zaman farkı ortalama sinyalleri ayırt ve radyoaktif kaynak merkezi dışına ve daha sonra PMT birine yakın zaman ortalama zaman farkı olacaktır. </li><li> CAMAC (Bilgisayar Otomatik Ölçüm ve Kontrol) modülü TDC (Dijital Dönüştürücü Time) sekiz kanallardan biri bu zamanlama sinyalleri göndermek. Bunu yapmak için, daha sonra dedektör &quot;STOP&quot; denir TDC girişlerine çıkışlarını ayırt connect &quot;BAŞLANGIÇ&quot; dediğimiz mantık VE TDC girişine çıkışını bağlayın. VE sinyal Gecikme modu aracılığıyla ertelenmek zorundale bu sinyal, diğer iki DUR sinyallerine önce gelmesi için sırayla bazı nanosaniye tarafından (Şekil 4). </li><li> Bir yazılım programı aracılığıyla osiloskop gösterdiği TDC sayma birimleri karşısında zaman (Bölüm 3 adımlara bakın) kalibre. Her pozisyonun ortalama zaman farkını (adım 2.3), radyoaktif kaynak ve dedektörler biri arasındaki mesafe ayrımı kullanılarak ölçerek bu kalibrasyon yapın. Bu kalibrasyon yapmak için bir standart otobüs GPIB (Genel Amaçlı Aletler Bus) üzerinden farklı modül ve bilgisayar arasında bir yazılım iletişim kurun. </li></ol> 3. Sanal Enstrüman Arayüzü Bina <ol><li> Indirin ve bir LabView yazılımı veya herhangi benzer bir yazılım kullanın. NOT: Labview ile çalışmak için, &quot;G programlama dili&quot; hakkında bazı bilgilere sahip olmak gereklidir. Bu dilde, hiçbir kod yazılacak vardır ve gerçekleştirilen tüm eylemleri bir yazılım aracı soluk yapılabilirtte. Pratik örnekler ile kolay bir rehber yardım aracında bulunabilir. </li><li> TDC çıkış verileri kaydetmek için ön panel aracı paletinden dizi programı (programlama değişkenleri konteynerler) seçin. NOT: &quot;Ön panel&quot; kullanıcı ve &quot;blok diyagram&quot; sanal enstrüman grafik arayüzü yazılım programlama için kullanılan olmasıdır. </li><li> Araziler menüden bir mantık aracı seçerek veri toplama (TDC den zamanlı veri) çizilir. Kaynak her pozisyonda ile ilgili parseller verilerini tanımlayın. Bazı santimetre dedektörler hattından kaynak mesafe değiştirilerek yapın. </li><li> Matematiksel menü aracından istatistik işlevleri (ortalama) kullanarak veri ortalamasını alın ve ortalama merkezli değerlerin aralığını seçin. Ardından, mantık izledi programlamaya göre, bu aralıkta dışındaki değerler ile tüm verileri kaldırmak için dizi menüsünden gerekli araçları kullanın. </li><li> Inci seçin göstergelere blok şeması araç paleti her dizide depolanan verilerin sayısını gösterir ve depolanan verilerin büyük sayı ile birkaç kapları tanımlamak için. </li><li> Adımda 3,5 seçilen her dizideki verilerin ortalamasını alın ve bu LabView blok diyagramı araç paleti kullanılarak her kaynak pozisyonu için zaman aralıkları değerler kümesi oluşturmak için bu bilgileri kullanabilirsiniz. </li><li> Ölçümlerin bir dizi için adım 3.6 &#39;de elde edilen ortalama saklamak için ön panel aracı paletinden göstergelerin bir dizi seçin. </li><li> Adım 3,7, ilgili aralığı ile her pozisyon ilişki blok diyagram aracı paletinden bir vaka yapısını seçin ve ön panel aracı paletinden bir dizi LED bir sanal her aralığı ilişkilendirmek. </li><li> Her sinyal TDC kanallarına ulaşması için gereken süreyi Uyarı: Radyoaktif kaynak bir dedektör yakın ortadan taşındığında, LED&#39;lerin programlama dizisi (bkz Şekil 5 sanal kaynağının hareketi gözlemlemek </strong&gt;) bilgisayar sağa doğru hareket. </li><li> Toplam süre edinimi için ön panel araç paleti bir kontrol (değişken programlama elemanı) ekleyin. NOT: konumlandırma verimliliği bu zaman kontrol aracı bağlıdır: kazanım alır daha fazla zaman, radyoaktif kaynak simüle daha doğrusu sanal nesne doğru pozisyonu verecektir. </li></ol> 4. Grafik Sonuçlar <ol><li> Kalibrasyon amaçları için, dedektörler bağlanmış çiftlerinin biri için herhangi bir ara konumda kaynak yerleştirin. 30 dakika için ölçümler almak ve verileri toplanmış olan, her 2 dakikada kartı değerlerin ortalamasını alır. Farklı kaynak pozisyonları için bu işlemi tekrar edin ve her pozisyonda her bir detektörden gelen ortalama değeri arsa (bakınız Şekiller 6 ve 7). Detektörler değerleri fark Şekil 8&#39;de grafik olarak gösterilmektedir. </li><li> Daha iyi resu elde etmek içinlt, benzer veri değerlerine sahip seçkin iki dedektör bir çift oluşturmak için. Bunu test etmek için, skaler girişine dedektör çıkışını bağlayarak sabit bir süre için skaler modülü ile tespit edilen olayların sayısını ölçen bu durumda 0,5 V. Başlangıç ​​olarak, alt değere PMT kontrol gerilimini koydu. 0.01 V ile gerilimi artırmak ve tekrar ölçün. Bu durumda 0.9 V., mümkün olan maksimum kontrol değerine ulaşmak için bu işlemi tekrarlayın <ol><li> Yarı logaritmik ölçeklerde kontrol gerilimi karşı algılanan olayların sayısını çizilir (Şekil 9). Çift benzer dağılımları olan dedektörlerin çiftleri. </li></ol></li><li> Sistemin hassasiyetini test etmek için, beş vardır bu durumda çizgileri boyunca bazı eşit aralıklı ara pozisyonlarda radyoaktif kaynak, yerleştirin. Her pozisyon, 5 dakika için veri elde edilmesi ve (Şekil 10 ve 11) her biri bağımsız olarak dedektör için elde edilen değerlerin ortalama ve orta arsa. </li></ol>

<ol>
	<li>Cerello, P., Pennazio, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+innovative+detector+concept+for+hybrid+4D-PET/MRI.">An innovative detector concept for hybrid 4D-PET/MRI.</a> Imaging. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 702, 1-3 (2013).</li><li>Muehllerher, G., Karp, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+tomography+emission.">Positron tomography emission.</a> Phys. Med. Biol. 51, R117-R137 (2006).</li><li>Conti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State+of+the+art+and+challenges+of+time+of+flight+PET.">State of the art and challenges of time of flight PET.</a> Physica Medica. 25 (1), 1-11 (2008).</li><li>Abreu, Y., Pi&#241;era, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+a+PET+system+and+study+of+some+geometry+parameters.">Simulation of a PET system and study of some geometry parameters.</a> AIP conference. 1032, 219-221 (2008).</li><li>Langner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development of a parallel Computing optimized head movement correction method in PET. , (2003).</li><li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-of-flight+PET.">Time-of-flight PET.</a> J. Nucl Med. 28 (3), 73-78 (1983).</li><li>Leo, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. , (1987).</li><li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumentation+trends+in+nuclear+medicine.">Instrumentation trends in nuclear medicine.</a> Semin Nucl Med. 7 (4), 285-297 (1977).</li><li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Positron+tomography+employing+a+one+dimension+BGO+scintillation+camera.">A Positron tomography employing a one dimension BGO scintillation camera.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 30 (1), 661-664 (1983).</li><li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Steams, C. W., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+cylindrical+shape+scintillation+camera+for+positron+tomographs.">Design of a cylindrical shape scintillation camera for positron tomographs.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 (1), 889-893 (1985).</li></ol>

There are no competing financial interests.

Bu sistemin önemli bir yönü, uzaysal ve zamansal çözünürlükleri içinde çok iyi bir şekilde kontrol sahip olmaktır. PET uzaysal çözünürlüğü muayenesi sırasında 5 radyoaktif bozunma ve imha, fiziksel özelliklerine göre değil, aynı zamanda tesadüf kayıt teknik yönlerine (1.1 ve 1.2 adımları) tarafından ve böyle bir nesne hareketi gibi hatalar, dış kaynaklar tarafından sınırlandırılır. Böylece ölçülen kesin konumunu TOF farkı (adım 2.4) bağlıdır. Bir teknik iyi bir...

Pozitron Emisyon Tomografi vücudun iç doku ve organların dijital görüntüleri elde etmek için kullanılan bir non-invaziv bir görüntüleme tekniğidir. Çeşitli non-invaziv teknikler bu bir tür Bilgisayar Eksenel Tomografi (TAC) ve Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) gibi bir hastanın iç işleyişini görüntüleri ve bilgi almak için izin var. Her ikisi de iyi uzaysal çözünürlük vermek ve ayrıca anatomik ve fizyolojik çalışmalarda uygulamalar için kullanılır. Karşılaştırmalı PET az uzaysal çözünürlüğü verir rağmen, ilgi bölgede meydana gelen metabolizma ile ilgili daha fazla bilgi sağlar. PET yaygın fonksiyonel ve morfolojik bilgi edinmek için kullanılır; ana klinik uygulamalar onkoloji, nöroloji ve kardiyoloji alanlarında bulunmaktadır. Ayrıca, PET görüntüleri, doktorlar, örneğin daha iyi tanı, vermeye yardımcı tümör tedavi planlamasını kurabilir. PET sistemlerinin temel çalışma prensibi iki pho algılamaBir pozitron elektron imha çifti gelen ton veya gama ışınları, hem yaygın Proje Yönetim Ekipleri ile birleştiğinde scintillator kristalleri oluşur dedektörleri, doğru ters yönlerde uçan. Sintilatör kristalleri bir fotoelektrik işlemi yoluyla bir elektrik nabız ışık sinyalini dönüştüren bir PMT gitti görünür ışık, içine gama radyasyonu dönüşümü. Bir okuma-out sistemi göndermeden önce elektrik yükü büyüklüğünü artırmak denilen dynodes mevcut PMT elektronik cihazlar, içinde. Vücudun kan dolaşımına enjekte edildi, bir izotop sıvısı, yaydığı bir pozitron (pozitif elektron yüklü), vücutta bir elektron ile annihilates Bu iki tespit fotonlar oluşturulmuştur. Tesadüf olarak okuma-out sistemi önlemleri iki back-to-back fotonlarının varış zamanı, bir zaman referans ile ilgili ve farkı elde etmek iki kere yüzeylerde daha da. Sistem uzay pozisyon wh hesaplamak için bu zaman farkı kullanırere radyasyon kaynağı hem foton yaydığı ve böylece elektron-pozitron imha oluştuğu. PET sistemleri bazı özellikleri görüntü kalitesini optimize etmek ve uzaysal ve zamansal çözünürlüğü artırmak için tanımlanmış olmalıdır. Dikkate özelliklerinden biri, iki foton imha işleminden sonra seyahat mesafe olarak tanımlanan Tepki Hattı (LOR) &#39;dir. Dikkate Başka bir özelliği Flight (TOF) Zaman olduğunu. Görüntülerin kalitesi de dış özellikler, özellikle bedensel organlar ve tedavi seansı 1 sırasında hastanın hareketlerinin bağlıdır. PET sistemlerinde kullanılan izotoplar Beta + emitters denir. Bu izotoplar (saniye civarında) kısa bir yarı ömre sahiptir. Kararlı elementler nükleer reaksiyonlara yol açan proton veya döteronların ile bombardıman edildiğinde Onlar parçacıkların hızlandırıcılar (siklotron) üretilmektedir. Bu tür reaksiyonlar örneğin, C-11, N-13, O-15, F-18, diğerleri arasında kararsız izotoplar içine stabil elemanlarını dönüştürmek2. PET iki türü vardır. (1) Konvansiyonel: Bu imha gerçekleştiği boyunca çizgisini tanımlamak için sadece TOF bilgileri kullanır, ancak bu iki foton kökeni yeri belirlemek değiştiremiyor. Bu tahmin için ek analitik veya yinelemeli rekonstrüksiyon algoritmaları gerektirir. (2) TOF PET: Yayılan pozitronun imha konumunu bulmak için TOF farkını kullanır. Zaman çözünürlüğü yerelleştirme olasılık fonksiyonu 3 için çekirdek olarak yeniden algoritması kullanılır. Firmamızın ana hedefi, uzayda bir radyasyon kaynağı bulmak için kullanılan PET, birincil işlevleri göstermektir. Burada önerilen PET sistemi setinin temel kapsamı akademik halk için temel bir PET inşaat kılavuz sağlamak ve basit bir şekilde, ana özelliklerinin, açıklamaktır.

<table><tbody><tr><td>Low threshold Discriminator</td><td>CAEN</td><td>N845</td><td></td></tr><tr><td>Logic Units</td><td>Lecroy</td><td>365AL</td><td></td></tr><tr><td>Time delay</td><td>CAEN</td><td>N108A</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronic</td><td>TDS3014C</td><td></td></tr><tr><td>Quad Scaler and preset counter</td><td>CAEN</td><td>N1145</td><td></td></tr><tr><td>TDC</td><td>Lecroy</td><td>2228</td><td></td></tr><tr><td>PMT&amp;rsquo;s</td><td>Hamamatsu</td><td>H5783p</td><td></td></tr><tr><td>Power Chasis</td><td>Lecroy</td><td>1403</td><td></td></tr><tr><td>GPIB Interface</td><td>Lecroy</td><td>8901A</td><td></td></tr><tr><td>NIM Power Supply</td><td>Lecroy</td><td>1002B</td><td></td></tr><tr><td>CAMAC Crate</td><td>Borer-co</td><td>1902A</td><td></td></tr><tr><td>Scintillator Crystals</td><td>Bicron</td><td>408</td><td>1 cm x 2 cm x 5 cm</td></tr><tr><td>Power Supply</td><td>Agilent</td><td>E3631</td><td></td></tr><tr><td>Na 22 Radioactive Source</td><td></td><td></td><td>activity 2&amp;nbsp;&amp;mu;Ci</td></tr><tr><td>Software LabView 7.1</td><td>National intruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>lemo cables connectors</td><td></td><td></td><td>2&amp;nbsp;nsec, 3&amp;nbsp;nsec and 8&amp;nbsp;nsec</td></tr><tr><td>isolator film</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a basic positron emission tomography system constructed to locate a radioactive source in a bi-dimensional space

Basit Pozitron Emisyon Tomografi (PET) prototip tam olarak temel çalışma ilkelerini karakterize etmek inşa edilmiştir. PET prototipi PET geometrik merkezinde yerleştirildiği bir radyoaktif kaynak, yayılan iki gama ışını tespit etmek için zıt konumlarda yerleştirilen fotoçoğaltıcılar veya PMT plastik sintilatör kristaller birleştirilmesi ile oluşturulan kurulumu. Prototip, dört, bir 20 cm çaplı bir daire yerleştirildi geometrik detektörler ve merkezi bir radyoaktif kaynağın oluşur. Merkezi radyoaktif kaynak santimetre hareket ettirerek sistem kimse bu bilgileri ile sistem grafik arayüzü sanal konumunu hesaplayabilir, herhangi iki PMT yıllardan arasındaki uçuş farkın süre ölçülerek deplasman tespit edebiliyor ve. Bu şekilde, prototip bir PET sisteminin temel ilkelerini yeniden üretir. Bu de 2 satır 4 cm aralıklarla kaynağının gerçek konumunu belirlemek için yeteneğine sahiptirrunma az 2 dakika alıyor.

İki temel sonuç, bu PET sistemi ile elde edilir. Birincisi: Sanal radyoaktif kaynağın görsel efektler arasında verimli bir senkronizasyon gerçek radyoaktif örneği taşırken. Bu program sayesinde, kullanıcılar satın alma zaman kontrolü, aynı konumda tekrar sayısını, veri diğerlerinin yanı sıra, ortalama satın alma etrafında aralığın değişim var. İkinci: çakışma mantık basit bir yapının yapımı kaynağının son konumunu hesaplamak için mesafe için bu ...

Watch this Scientific Journal Video about A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space at JoVE.com

A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

A Temel Pozitron Emisyon Tomografi Sistemi Bi-boyutlu bir uzayda bir Radyoaktif kaynağı bulun inşa

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was ...

a-basic-positron-emission-tomography-system-constructed-to-locate

Research

JoVE Journal

Engineering

8.5K Görüntüleme.  Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav). We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

Video: A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

PET and MRI Guided Irradiation of a Glioblastoma Rat Model Using a Micro-irradiator

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without the ability to target a specific or well-delineated tumor volume. The delivery of radiation was achieved using fixed radiation sources or linear accelerators producing megavoltage (MV) X-rays. These devices are unable to achieve sub-millimeter precision required for small animals. Furthermore, the high doses delivered to healthy surrounding tissue hamper response assessment. To increase the translation between small animal studies and humans, our goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in a rat model. To enable a more accurate irradiation in a preclinical setting, recently, precision image-guided small animal radiation research platforms were developed. Similar to human planning systems, treatment planning on these micro-irradiators is based on computed tomography (CT). However, low soft-tissue contrast on CT makes it very challenging to localize targets in certain tissues, such as the brain. Therefore, incorporating magnetic resonance imaging (MRI), which has excellent soft-tissue contrast compared to CT, would enable a more precise delineation of the target for irradiation. In the last decade also biological imaging techniques, such as positron emission tomography (PET) gained interest for radiation therapy treatment guidance. PET enables the visualization of e.g., glucose consumption, amino-acid transport, or hypoxia, present in the tumor. Targeting those highly proliferative or radio-resistant parts of the tumor with a higher dose could give a survival benefit. This hypothesis led to the introduction of the biological tumor volume (BTV), besides the conventional gross target volume (GTV), clinical target volume (CTV), and planned target volume (PTV).
At the preclinical imaging lab of Ghent University, a micro-irradiator, a small animal PET, and a 7 T small animal MRI are available. The goal was to incorporate MRI-guided irradiation and PET-guided sub-volume boosting in a glioblastoma rat model.

In the past, small animal irradiation was usually performed without the ability to target a well-delineated tumor volume. The goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in rats. Using a small animal irradiation platform, we performed MRI-guided 3D conformal irradiation with PET-based sub-volume boosting in a preclinical setting.

Bir mikro-irradiator kullanarak Glioblastoma fare modeli ışınlama güdümlü evde beslenen hayvan ve MRI

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without ...

Kanser Araştırmaları

Visualization of Low-Level Gamma Radiation Sources Using a Low-Cost, High-Sensitivity, Omnidirectional Compton Camera

We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment. Experiments were conducted by using a low-cost, high-sensitivity, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton camera. In the laboratory, the position of a sub-MeV gamma radiation source such as 137Cs can easily be monitored via omnidirectional gamma-ray imaging obtained by the Compton camera. In contrast, a stationary, wall-mounted dose rate monitor cannot always successfully monitor such a source. Furthermore, we successfully demonstrated the possibility of visualizing the radioactivity movement in the environment, for example, the movement of a patient injected with 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) in a nuclear medicine facility. In the Fukushima field, we easily obtained omnidirectional gamma-ray images concerned with the distribution on the ground of low-level radioactive contamination by radioactive cesium released by the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident in 2011. We demonstrate clear advantages of using our procedure with this camera to visualize gamma-ray sources. Our protocols can further be used to discover low-level gamma radiation sources, in place of stationary dose rate monitors and/or portable survey meters used conventionally.

We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment using a low-cost, high-sensitivity, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton camera.

Düşük Maliyetli, Yüksek Hassasiyetli, Çok Yönlü Compton Kamera Kullanarak Düşük Seviyeli Gama Radyasyon Kaynaklarının Görselleştirilmesi

We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment. Experiments were conducted by ...

Çevre

Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical treatment, computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) were combined during the treatment-planning process. Positron emission tomography (PET) imaging was subsequently added to implement sub-volume boosting using a micro-irradiation system. However, combining three imaging modalities (CT, MRI, and PET) using a micro-irradiation system proved to be labor-intensive because multimodal imaging, treatment planning, and dose delivery have to be completed sequentially in the preclinical setting. This also results in a workflow that is more prone to human error. Therefore, a user-friendly algorithm to further optimize preclinical multimodal imaging-based radiation treatment planning was implemented. This software tool was used to evaluate the accuracy and efficiency of dose painting radiation therapy with micro-irradiation by using an in silico study design. The new methodology for dose painting radiation therapy is superior to the previously described method in terms of accuracy, time efficiency, and intra- and inter-user variability. It is also an important step towards the implementation of inverse treatment planning on micro-irradiators, where forward planning is still commonly used, in contrast to clinical systems.

Here we present a protocol to perform preclinical positron emission tomography-based radiotherapy in a rat glioblastoma model using algorithms developed in-house to optimize the accuracy and efficiency.

Küçük Hayvan Radyasyonu Araştırma Platformu kullanılarak Glioblastoma Rat Modelinde Pozitron Emisyon Tomografi tabanlı Doz Boyama Radyasyon Tedavisi

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical ...

Radiotracer Administration for High Temporal Resolution Positron Emission Tomography of the Human Brain: Application to FDG-fPET

Functional positron emission tomography (fPET) provides a method to track molecular targets in the human brain. With a radioactively-labelled glucose analogue, 18F-fluordeoxyglucose (FDG-fPET), it is now possible to measure the dynamics of glucose metabolism with temporal resolutions approaching those of functional magnetic resonance imaging (fMRI). This direct measure of glucose uptake has enormous potential for understanding normal and abnormal brain function and probing the effects of metabolic and neurodegenerative diseases. Further, new advances in hybrid MR-PET hardware make it possible to capture fluctuations in glucose and blood oxygenation simultaneously using fMRI and FDG-fPET.
The temporal resolution and signal-to-noise of the FDG-fPET images is critically dependent upon the administration of the radiotracer. This work presents two alternative continuous infusion protocols and compares them to a traditional bolus approach. It presents a method for acquiring blood samples, time-locking PET, MRI, experimental stimulus, and administering the non-traditional tracer delivery. Using a visual stimulus, the protocol results show cortical maps of the glucose-response to external stimuli on an individual level with a temporal resolution of 16 s.

This manuscript describes two radiotracer administration protocols for FDG-PET (constant infusion and bolus plus infusion) and compares them to bolus administration. Temporal resolutions of 16 s are achievable using these protocols.

İnsan Beyninin Yüksek Zamansal Çözünürlük pozitron Emisyon Tomografisi için Radiotracer İdaresi: FDG-fPET Uygulaması

Functional positron emission tomography (fPET) provides a method to track molecular targets in the human brain. With a radioactively-labelled glucose ...

Davranış

Positron Emission Tomography Imaging of Cell Trafficking: A Method of Cell Radiolabeling

Stem cell and chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapies are emerging as promising therapeutics for organ regeneration and as immunotherapy for various cancers. Despite significant progress having been made in these areas, there is still more to be learned to better understand the pharmacokinetics and pharmacodynamics of the administered therapeutic cells in the living system. For noninvasive, in vivo tracking of cells with positron emission tomography (PET), a novel [89Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine ([89Zr]Zr-DBN)-mediated cell radiolabeling method has been developed utilizing 89Zr (t1/2 78.4 h). The present protocol describes a [89Zr]Zr-DBN-mediated, ready-to-use, radiolabeling synthon for direct radiolabeling of variety of cells, including mesenchymal stem cells, lineage-guided cardiopoietic stem cells, liver regenerating hepatocytes, white blood cells, melanoma cells, and dendritic cells. The developed methodology enables noninvasive PET imaging of cell trafficking for up to 7 days post-administration without affecting the nature or the function of the radiolabeled cells. Additionally, this protocol describes a stepwise method for the radiosynthesis of [89Zr]Zr-DBN, biocompatible formulation of [89Zr]Zr-DBN, preparation of cells for radiolabeling, and finally the radiolabeling of cells with [89Zr]Zr-DBN, including all the intricate details needed for the successful radiolabeling of cells.

Presented here is a protocol to radiolabel cells with a positron emission tomography (PET) radioisotope, 89Zr (t1/2 78.4 h), using a ready-to-use radiolabeling synthon, [89Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine ([89Zr]Zr-DBN). Radiolabeling cells with [89Zr]Zr-DBN allows noninvasive tracking and imaging of administered radiolabeled cells in the body with PET for up to 7 days post-administration.

Hücre Kaçakçılığının Pozitron Emisyon Tomografisi Görüntülemesi: Bir Hücre Radyo-Etiketleme Yöntemi

Stem cell and chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapies are emerging as promising therapeutics for organ regeneration and as immunotherapy for ...

Radiosynthesis and PET/CT Imaging of 68Ga-Labelled Nanobody in Xenograft Models

Radiosynthesis, Quality Control, and Small Animal Positron Emission Tomography Imaging of 68Ga-Labelled Nano Molecules

Small animal Positron Emission Tomography (PET) and Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) imaging techniques are crucial in preclinical cancer research, necessitating meticulous attention to radiotracer synthesis, quality assurance, and in vivo injection protocols. This study presents a comprehensive workflow tailored to enhance the robustness and reproducibility of small animal PET experiments. The synthesis process in the radiochemistry laboratory using 68Ga is detailed, highlighting stringent quality control and assurance protocols for each radiotracer production. Parameters such as concentration, molar activity, pH, and purity are rigorously monitored, aligning with standards applicable to human studies. This methodology introduces streamlined syringe preparation and a custom-designed 30G cannula for precise intravenous injections into mice. Monitoring of animal health during scanning, including temperature and heart rate, ensures their well-being throughout the procedure. Dosages for PET and SPECT scans are predetermined to balance data acquisition with minimizing radiation exposure to animals and researchers. Similarly, CT scans employ pre-programmed settings to limit radiation exposure, especially pertinent in long-term studies assessing treatment effects. By optimizing these steps, the workflow aims to standardize procedures, reduce variability, and enhance the quality of small animal PET/SPECT/CT imaging. This resource provides valuable insights for researchers seeking to improve the accuracy and reliability of preclinical investigations in molecular imaging, ultimately advancing the field.

This paper describes the radiosynthesis, formulation, quality control of a new radiolabeled probe (i.e., 68Ga-labeled nanobody NM-02), and its use for small animal PET/CT imaging in a xenograft model.

Small animal Positron Emission Tomography (PET) and Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) imaging techniques are crucial in preclinical ...

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal blood time-activity concentration also known as arterial input function (AIF) is a key point, especially for the characterization of animal disease models and the introduction of newly developed radiotracers. The knowledge of radiotracer availability in the blood helps to interpret PET/CT-derived data of tissue activity. For this purpose, online blood sampling during the PET/CT imaging is advisable to measure the AIF. In contrast to manual blood sampling and image-derived approaches, continuous online blood sampling has several advantages. Besides the minimized blood loss, there is an improved resolution and a superior accuracy for the blood activity measurement. However, the major drawback of online blood sampling is the costly and time-consuming preparation to catheterize the femoral vessels of the animal. Here, we describe an easy and complete workflow for catheterization and continuous blood sampling during small animal PET/CT imaging and compared it to manual blood sampling and an image-derived approach. Using this highly-standardized workflow, the determination of the fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) AIF is demonstrated. Further, this procedure can be applied to any radiotracer in combination with different animal models to create fundamental knowledge of tracer kinetic and model characteristics. This allows a more precise evaluation of the behavior of pharmaceuticals, both for diagnostic and therapeutic approaches in the preclinical research of oncological, neurodegenerative and myocardial diseases.

Here a protocol for continuous blood sampling during PET/CT imaging of rats to measure the arterial input function (AIF) is described. The catheterization, the calibration and setup of the system and the data analysis of the blood radioactivity are demonstrated. The generated data provide input parameters for subsequent bio-kinetic modeling.

Küçük hayvan Pozitron Emisyon Tomografi/Bilgisayarlı tomografi sürekli kan örnekleme arteriyel giriş fonksiyon ölçümü sağlar

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...

Tıp

A Whole Body Dosimetry Protocol for Peptide-Receptor Radionuclide Therapy (PRRT): 2D Planar Image and Hybrid 2D+3D SPECT/CT Image Methods

Peptide-receptor-radionuclide-therapy (PPRT) is a targeted therapy that combines a short-range energy radionuclide with a substrate with high specificity for cancer cell receptors. After injection, the radiotracer is distributed throughout the entire body, with a higher uptake in tissues where targeted receptors are overexpressed. The use of beta/gamma radionuclide emitters enables therapy imaging (beta-emission) and post-therapy imaging (gamma-emission) to be performed at the same time. Post-treatment sequential images permit absorbed dose calculation based on local uptake and wash-in/wash-out kinetics. We implemented a hybrid method that combines information derived from both 2D and 3D images. Serial whole-body images and blood samples are acquired to estimate the absorbed dose to different organs at risk and to lesions disseminated throughout the body. A single 3D-SPECT/CT image, limited to the abdominal region, overcomes projection overlap on planar images of different structures such as the intestines and kidneys. The hybrid 2D+3D-SPECT/CT method combines the effective half-life information derived from 2D planar images with the local uptake distribution derived from 3D images. We implemented this methodology to estimate the absorbed dose for patients undergoing PRRT with 177Lu-PSMA-617. The methodology could, however, be implemented with other beta-gamma radiotracers. To date, 10 patients have been enrolled into the dosimetry study with 177Lu-PSMA-617 combined with drug protectors for kidneys and salivary glands (mannitol and glutamate tablets, respectively). The median ratio between kidney uptake at 24 h evaluated on planar images and 3D-SPECT/CT is 0.45 (range:0.32-1.23). The comparison between hybrid and full 3D approach has been tested on one patient, resulting in a 1.6% underestimation with respect to full 3D (2D: 0.829 mGy/MBq, hybrid: 0.315 mGy/MBq, 3D: 0.320 mGy/MBq). Treatment safety has been confirmed, with a mean absorbed dose of 0.73 mGy/MBq (range:0.26-1.07) for kidneys, 0.56 mGy/MBq (0.33-2.63) for the parotid glands and 0.63 mGy/MBq (0.23-1.20) for submandibular glands, values in accordance with previously published data.

A Whole Body Dosimetry Protocol for Peptide-Receptor Radionuclide Therapy PRRT: 2D Planar Image and Hybrid 2D+3D SPECT/CT Image Methods

This method estimates the absorbed dose of different structures for peptide-receptor-radionuclide-therapy (PRRT) with the possibility of avoiding organ overlap on 2D-projections. Serial whole-body planar images permit estimation of mean absorbed doses along the whole body, while the hybrid approach, combining planar images and 3D-SPECT/CT image, overcomes the limitations of structure overlapping.

Peptit-Reseptör Radyonüklid Tedavisi (PRRT) için Tüm Vücut Dozimetri Protokolü : 2D Düzlemsel Görüntü ve Hibrid 2D+3D SPECT/BT Görüntü Yöntemleri

Peptide-receptor-radionuclide-therapy (PPRT) is a targeted therapy that combines a short-range energy radionuclide with a substrate with high specificity ...

PET-CT Scanning for Multi-Tracer Study of Cerebral Oxygen and Glucose Metabolism

Multi-Tracer Studies of Brain Oxygen and Glucose Metabolism Using a Time-of-Flight Positron Emission Tomography-Computed Tomography Scanner

The authors have developed a paradigm using positron emission tomography (PET) with multiple radiopharmaceutical tracers that combines measurements of cerebral metabolic rate of glucose (CMRGlc), cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2), cerebral blood flow (CBF), and cerebral blood volume (CBV), culminating in estimates of brain aerobic glycolysis (AG). These in vivo estimates of oxidative and non-oxidative glucose metabolism are pertinent to the study of the human brain in health and disease. The latest positron emission tomography-computed tomography (PET-CT) scanners provide time-of-flight (TOF) imaging and critical improvements in spatial resolution and reduction of artifacts. This has led to significantly improved imaging with lower radiotracer doses.
Optimized methods for the latest PET-CT scanners involve administering a sequence of inhaled 15O-labeled carbon monoxide (CO) and oxygen (O2), intravenous 15O-labeled water (H2O), and 18F-deoxyglucose (FDG)-all within 2-h or 3-h scan sessions that yield high-resolution, quantitative measurements of CMRGlc, CMRO2, CBF, CBV, and AG. This methods paper describes practical aspects of scanning designed for quantifying brain metabolism with tracer kinetic models and arterial blood samples and provides examples of imaging measurements of human brain metabolism.

Quantitative measurements of oxygen and glucose metabolism by PET are established technologies, but details of practical protocols are sparsely described in the literature. This paper presents a practical protocol successfully implemented on a state-of-the-art positron emission tomography-computed tomography scanner.

The authors have developed a paradigm using positron emission tomography (PET) with multiple radiopharmaceutical tracers that combines measurements of ...

Nörobilim

Positron Emission Tomography

Positron emission tomography (PET) is a medical imaging technique involving radiopharmaceuticals &#8212; substances that emit short-lived radiation. Although the first PET scanner was introduced in 1961, it took 15 more years before radiopharmaceuticals were combined with the technique and revolutionized its potential.
One of the main requirements of a PET scan is a positron-emitting radioisotope, which is produced in a cyclotron and then attached to a substance used by the part of the body being investigated. This &#34;tagged&#34; compound, or radiotracer, is then put into the patient (injected via IV or breathed in as a gas), and how the tissue uses it reveals how that organ or other area of the body functions. For example, F-18 is produced by proton bombardment of 18O and incorporated into a glucose analog called fludeoxyglucose (FDG). How the body uses FDG provides critical diagnostic information. For example, since cancers use glucose differently than normal tissues, FDG can reveal cancers. The 18F emits positrons that interact with nearby electrons, producing a burst of gamma radiation. This energy is detected by the scanner and converted into a detailed, three-dimensional color image that shows how that part of the patient&#39;s body functions. Different levels of gamma radiation produce different amounts of brightness and colors in the image, which a radiologist can then interpret to reveal what is going on. For instance, a radioactive form of iodine can be used to monitor the thyroid and radioactive gallium can be used for cancer imaging.
The main advantage is that PET can illustrate the physiologic activity&#8212;including nutrient metabolism and blood flow&#8212;of the targeted organ or organs. In contrast, CT and MRI scans can only show static images. PET is widely used to diagnose a multitude of conditions, such as heart disease, the spread of cancer, certain forms of infection, brain abnormalities, bone disease, and thyroid disease. PET can also locate regions in the brain that become active when a person carries out specific activities, such as speaking, closing his or her eyes, etc. PET scans are now usually performed in conjunction with a computed tomography or magnetic resonance imaging scan for better data visualization and interpretation.
This content is derived from <a href="https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology/pages/1-7-medical-imaging">Openstax, Anatomy and Physiology, Section 1.7: Medical Imaging</a> and <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/21-3-radioactive-decay">Openstax, Chemistry 2e, Section 21.3: Radioactive Decay</a> and <a href="https://openstax.org/books/physics/pages/22-5-medical-applications-of-radioactivity-diagnostic-imaging-and-radiation">Openstax, Physics, Section 22.5: Medical Applications of Radioactivity: Diagnostic Imaging and Radiation</a>

Pozitron Emisyon Tomografisi

Positron emission tomography (PET) is a medical imaging technique involving radiopharmaceuticals &#8212; substances that emit short-lived radiation. ...