Search

Pozitron Emisyon Tomografi (PET) insan vücudundaki organlar ve metabolizmalarıngörüntülenmesini saglayan bir radyoizotop görüntüleme teknigidir. PET, pozitron emisyonuile bozunan radyoizotoplardan elde edilen pozitronun, ortamdaki bir elektronla birleserek yokolması ile ortaya çıkan iki adet 511 KeV 'lik yok olma fotonunun eszamanlı deteksiyonuprensibine dayanan bir sistemdir. Uygulamada 11C, 13N, 15O, 18F gibi pozitron yayınlayanradyoizotopların glikoz molekülü ile birlestirilmesi sonucu elde edilen radyofarmasötik(örnegin; [18F]-FDG) hastaya kan yolu ile verilir. Vücuttaki anormal yapılarda biriken buradyoizotoplardan elde edilen 511 KeV fotonları PET cihazında detekte edilerek bilgisayardavücudun 3-boyutlu görüntüsü elde edilmektedir. Bir görüntünün kalitesinin en önemligöstergelerinden biri yüksek bir kontrast degerine sahip olmasıdır. Özellikle yüksek kiloluhastalarda, enjeksiyon dozu ve çekim süreleri PET görüntülerinin kontrastları üzerinde önemlietkilere sahiptir. Bu tez çalısmasında, enjeksiyon dozu ve çekim sürelerinin 0.6, 1.0, 1.6 ve2.4 cm çaplı akciger lezyonlarının PET görüntüleri üzerindeki görülebilmelerine etkileriniinceledik. Bu amaçla 100 kg agırlıklı bir erkek hastanın boyutları ile aynı ölçülerde bir tümvücut insan fantomu yaptık. Akciger lezyonları akciger zemininin 4, 8, ve 16 katı aktiviteyesahip olacak sekilde aktivite ile dolduruldu. Bir Siemens Biograph HIRES PET/CT kullanarak 3,4, 5, 6, 7, 8 MBq/kg enjeksiyon dozları ve 2, 3, 4, 5 dakika/yatak görüntüleme sürelerikullanılarak 72 adet transaksiyal akciger PET görüntüsü elde edildi. Bu çalısmanınsonucunda, akciger lezyonlarının PET görüntülerindeki görülebilmelerinin artan enjeksiyondozu ve artan süre ile artıgını tespit ettik. Ayrıca, bir akciger lezyonunun PET' degörülebilmesi için minimum kontrast degeri 3 ve 5 dakika/yatak çekim süresi ile 8 MBq/kgenjeksiyon dozunun bu çalısmada incelenen akciger lezyonlarının tespit edilmesi için yeterliolacagı sonucuna varılmıstır. Positron Emission Tomography (PET) is a radioisotope imaging method for obtaininginformation on the status of organs and metabolisms within the human body. The imagingprinciple used in PET is the coincidence detection of two 511 KeV annihilation photonsoriginated from electron-positron annihilation. In practice, a radiopharmaceutic (e.g.; [18F]-FDG) obtained by uniting a positron emitting radioisotope (e.g.; 11C, 13N, 15O, 18F) andglucose molecule is given to the patient by way of blood injection. PET detects these 511KeV annihilation photons accumulated in the abnormal structures and then, 3-dimensionimaging of the body is created by computer. One of the most important criteria for the qualityof a PET image is a high contrast value. Injection doses and scan durations have importanteffects on the contrast of PET images, especially for the overweight patients. In this thesis, wehave investigated the impact of injection doses and scan durations on the visibility of lunglesions with 0.6, 1.0, 1.6 and 2.4 cm diameter in the PET images. For this purpose, a wholebody human phantom was designed the same dimension as a male patient weighted 100 kg.The lesions were filled with an activity to have concentrations of 4, 8 and 16 times that oflung-tissue background. Seventy-two transaxial lung PET images were created withcombinations of 3, 4, 5, 6, 7, 8 MBq/kg injected doses and 2, 3, 4, 5 min/bed scan durationsusing a Siemens Biograph HIRES PET/CT. As a result of this study, we determined that the visibilityfor PET images of lung lesions increase with the increasing of injected doses and scan duration. Weconcluded that minimum contrast value for the visibility of a lung tumor PET image is 3 and 5min/bed scan duration and 8 MBq/kg injection dose are sufficient to detect the lung lesion used in thisstudy. 87

Ill ÖZET NÜKLEER GÖRÜNTÜLEMEDE SPEKTRAL ANALİZE DAYALI COMPTON SAÇILMASI DÜZELTME YÖNTEMLERİ KÖSEOĞLU, Kamil Doktora Tezi, Nükleer Bilimler Enstitüsü, Nükleer Bilimler A.B.D. Danışman: Doç. Dr. Günseli YAPRAK Mayıs 2001, 163 sayfa Nükleer tıp görüntülemede kantitatif doğruluğu ve imaj kalitesini düşüren önemli kaynaklardan birisi hasta içinden fotonlann saçılmasıdır. Saçılmış fotonlar, öncelikle kontrastı düşürmekte ve uzaysal rezolüsyonu da zayıflatmaktadır. Fotonlann emisyon konumuna ilişkin olarak imaj içinde yanlış pozisyonlanmış olan saçılmış fotonlann varlığı kuantifıkasyonu etkilemektedir. Saçılma problemi, özellikle 20lTl ve 99nıTc gibi düşük enerjiler için büyük önem taşımaktadır. Düşük enerjilerde Compton saçılmasından dolayı, enerjideki değişim oldukça küçük olduğundan, konvensiyonel gama kameralar ile saçılmış fotonlardan saçılmamış olanların ayırt edilmesi mümkün olmamaktadır. Bu nedenle, kantitatif doğruluğu ve imaj kalitesini iyileştirmek için saçılma düzeltilmesi yapılması zorunlu olmaktadır. Sunulan çalışmada, Compton saçılma düzeltmesi için yedi açık düzeltme yöntemi incelenmiş ve konvansiyonel görüntüleme tekniği ile karşılaştınlmıştır. Her bir saçılma düzeltme yöntemi, sıcak ve soğukIV fantomlar üzerinde, planar imaj kontrastı ve sinyal gürültü oranını değerlendirmek için test edilmiştir. Ayrıca, uzaysal rezolüsyon da her bir düzeltme yöntemi için incelenmiştir. Son olarak, bu saçılma düzeltme yöntemlerinin görüntü kalitesi üzerindeki etkisi kemik tarama çalışmasında gösterilmiştir. Bu tez çalışmasında, spektral analizlere dayalı yedi açık saçılma düzeltme yöntemi `mTc görüntüleme çalışmalarına uygulanmıştır. Konvensiyonel görüntüleme ile karşılaştırıldığında, bu yöntemlerin görüntü kontrastını artırdığı ve uzaysal rezolüsyonu iyileştirdiği saptanmıştır. Anahtar kelimeler: Teknesyum-99m, Compton saçılması, saçılma düzeltmesi, lezyon dedeksiyonu, spektral analiz ABSTRACT COMPTON SCATTER CORRECTION METHODS BASED ON SPECTRAL ANALYSIS IN NUCLEAR IMAGING KÖSEO?LU, Kamil Thesis of Ph.D., Department of Nuclear Sciences (Physics) Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Günseli YAPRAK May 2001, 163 pages Scattering of photons within the patient is one of the major sources of degradation in image quality and quantitative accuracy in nuclear medicine imaging. Scattered photons primarily reduce contrast and also degrade spatial resolution. Quantitation is affected by the presence of scattered photons that are mispositioned in the image with respect to location of the emission of photons. The problems presented by scatter are particularly important for low energies, such as those of TI and 99mTc, where the change in energy due to Compton scatter is often small enough to prevent adequate discrimination of scattered photons from primary (i.e. nonscattered) photons using a conventional Na(Tl) gamma cameras. For this reason, scatter correction has to be performed in order to restore image quality and- quantitative accuracy. In this work, seven explicit (spectral analysis) scatter correction methods have been assessed and compared with conventional imaging technique. Each of seven scatter correction methods have been tested on hot and cold phantom studies to evaluate planar image contrast andVI signal-to-noise ratio. In addition, spatial resolution were also studied for each scatter correction methods. Finally, the effect of these scatter correction methods on quality of clinical images were demonstrated bone scans. In this thesis, seven explicit scatter correction methods for `'`Tc were found to provide improved image contrast and a slight improvement in spatial resolution when compared with conventional imaging. Keywords: Technetium-Ç^m, Compton scattering, scatter correction, lesion detection, spectral analysis 163

Bu çalışma, özellikle bir transmisyon görüntüleme tekniği olarak kullanılan çift enerjili görüntüleme tekniğine yeni bir boyut getirmek amacıyla yapılmıştır. Günümüzde medikal alanda, çok sayıda görüntüleme tekniği kullanılmakta ve teknikler gelişen teknolojiyle parelel daha çok bilgisayar tabanlı çalışacak şekle dönüşmektedir. Çalışmada bütün görüntüleme yöntemleri incelenmiş, görüntü oluşturmada ve projeksiyon alımındaki farklılıklar gözününe alınarak, iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan teknikler ve en önemlisi radyografık veya tomografık teknikler olarak bölümlere ayrılmış ve her bölüm ayrıntılı incelenmiştir. Özellikle başlangıç olarak görüntüleme sistemlerinde sintilasyon detektörlerin yerine yarı iletken detektörlerin kullanılması konusunda deneyler yapılmış, bu deneylerin sonucunda kullanılmakta olan detektör sistemleri ile yan iletken detektörler arasındaki farklar belirtilmiştir.Çalışmada, günümüzde tıpta anjiografi uygulamasında kullanılan çift enerji görüntüleme tekniğine alternatif bir teknik geliştirilmiştir. Klasik çift enerji görüntüleme tekniğindeki X-ışını tüpüne 60 kVp ve 120 kVp gibi iki farklı tüp voltajı verilerek elde edilen iki farklı enerji spektrumu yerine, tek tüp voltajında elde edilen X-ışını spektrumunun belirli bir enerji değerinden ikiye bölünerek oluşturulan farklı spektrumlar kullanılmaktadır. Bu yöntemle beraber kullanılan CdZnTe yan iletken detektörün özelliklerinden bahsedilmiş ve sonuçta elde edilen SNR'ın (sinyal / gürültü oranı) yüksek çıkmasının getireceği avantajlar tartı şılmıştır. Bu avantajlardan en önemlisi, böyle bir sistemin kullanılması ile kontrast maddesinin kateterle verilmesi yerine koldan verilmesi mümkün olacak, böylece günümüz anjiografi uygulamasındaki, ölümle bile sonuçlanabilecek riskleri (damar patlaması vb.) ve fazla radyasyona maruz kalma olasılığı ortadan kaldırılmış olacaktır. Anahtar sözcükler: Nükleer Görüntüleme, Algoritma. This study has been carried out in order to bring a new perspective to the dual energy image technique wich is especially used as a transmission image method. Today, a great number of image techniques are being used in the medical area and those techniques are undergoing a great change so as to operate in a more computer based manner in the line with developing technology. In this study, present image techniques have been investigated, divided into four groups as ionizing, nonionizing and more importantly radiographic and tomographic, taking into consideration the differences in imaging and projection reception, then each group has been further investigated in detail. In the. first part of the experimental work, experiments have been carried out on using semi conductor detectors instead of sinlilation detectors in imaging systems and as a result of these experiments the differences between the detectors in use and semi-conductor detectors have been defined.In the second part, on the other hand, a new technique has been developed as an alternative to dual energy imaging technique which is, currently being used in angiography practices in medicine. Instead of two different energy spectra obtained by applying two different tube voltage, as 60 kVp and 120 kVp, to the X-ray tube in the dual energy imaging technique, different spectrums developed by dividing into two the energy value of the X-ray spectrum obtained from the single-tube voltage are being used. The specifications of the CdZnTe semi-conductor detector used together with this method have been mentioned and the advantages of the resulting high SNR (signal / noise ratio) value are discussed. The most significant of these advantages is the fact that such a system will enable the administration of the contrast on the arm instead of through a catheter, and thus eliminating the risks even leading to death (e.g. vein eruption) and the possibility of excessive exposition to radiation. Keywords: Nuclear Imaging. Algorithm 173