Procesado digital de señales e imágenes en la tomografía por emisión de positrones jagellónica

Título original:

Digital Signal and Image Processing in Jagiellonian Positron Emission Tomography

Contenido del libro:

La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica clave en el área de la imagen médica, que permite diagnosticar las funciones del organismo y seguir los cambios tumorales. En la medición PET se inyecta al paciente un radiotrazador, que contiene un gran número de átomos metaestables de radionucleido, que emite positrones. Como resultado de la aniquilación de los positrones, se producen dos fotones que viajan en direcciones casi opuestas y que son registrados por un sistema de detección situado alrededor del cuerpo del paciente. Los escáneres PET más modernos utilizan cristales de centelleo que se caracterizan por una alta eficacia de detección de los fotones de aniquilación.

En este contexto, cabe mencionar que la colaboración Jagiellonian PET (J-PET) desarrolló un novedoso escáner PET de cuerpo entero basado en centelleadores de plástico. Son mucho más baratos que los centelleadores de cristal, lo que brinda la oportunidad de reducir el elevado coste de los escáneres PET y hacerlos más asequibles. Sin embargo, los centelleadores de plástico tienen una eficiencia de detección de cuantos gamma mucho menor que los cristales de centelleo inorgánicos. Esto puede compensarse aumentando el campo de visión del escáner y mejorando la resolución temporal en la medición del tiempo de vuelo de los cuantos gamma. El escáner J-PET consta de tiras de centelleo de plástico leídas en ambos extremos por un par de fotomultiplicadores y dispuestas axialmente alrededor de un túnel tomográfico cilíndrico. La coordenada axial del punto de interacción del fotón de aniquilación en la tira de centelleo se obtiene a partir de la diferencia del tiempo de propagación de la luz medido con el par de fotomultiplicadores.

Los principios de funcionamiento del escáner J-PET son similares a los de los tomógrafos convencionales, con la salvedad de que la información temporal de alta precisión es de vital importancia. Por lo tanto, el escáner J-PET exige una preparación de métodos novedosos en cada paso del procesamiento de datos. El objetivo del trabajo presentado en esta tesis es un desarrollo de los algoritmos de procesamiento de señales e imágenes teniendo en cuenta la singularidad del detector J-PET. Los métodos propuestos incluyen: recuperación de la señal basada en muestras de una forma de onda registrada en la salida del fotomultiplicador, reconstrucción de la posición y el tiempo de interacción del fotón de aniquilación en la tira de centelleo, clasificación de los tipos de eventos PET y reconstrucción de la imagen que opera exclusivamente en el espacio de la imagen. Debido a la disimilitud con los escáneres PET convencionales, la mayoría de los métodos presentados en esta disertación son soluciones innovadoras en el procesamiento digital de señales e imágenes en tomografía.