Αξιολόγηση απόδοσης του τομογράφου MedisoNanoScanPET/CT μικρών ζώων, με χρήση προσομοίωσης Monte-Carlo, μέσω του προγράμματος GATE

• Κύριος συγγραφέας: Τζαμπαζίδου, Ευαγγελία
• Άλλοι συγγραφείς: Κωσταρίδου, Ελένη
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: English
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Προσομοίωση; Τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίου; GATE; Positron Emission Tomography (PET); 616.075 75

Η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίου (Positron Emission Tomography-PET) / υπολογιστική τομογραφία (Computed Tomography-CT) είναι μια υβριδική μέθοδος απεικόνισης που χρησιμοποιείται στην ιατρική και βιοϊατρική έρευνα δημιουργώντας εικόνες που απεικονίζουν την ανατομική δομή καθώς και τη φυσιολογική λειτουργία των ιστών. Ένα από τα κυριότερα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι η in vivo μελέτη του μεταβολισμού των ιστών και η κατηγοριοποίησή τους σε φυσιολογικούς ή παθολογικούς. Η τομογραφία PET/CT είναι τομέας της Πυρηνικής Ιατρικής που χρησιμοποιεί βραχύβια ραδιοϊσότoπα που εκπέμπουν ποζιτρόνια (θετικά ηλεκτρόνια) και παρέχει μεταβολική απεικόνιση των οργάνων σε μοριακό επίπεδο. Η Ποζιτρονική Τομογραφία χρησιμοποιείται κυρίως στην ογκολογία για τη διάγνωση και τη σταδιοποίηση της νόσου. Άλλες εφαρμογές αφορούν την καρδιολογία, τη νευρολογία, τις λοιμώξεις και τελευταία διαφαίνεται η προοπτική χρήσης αυτής στη μελέτη του προβλήματος της εξάρτησης από φαρμακευτικές ουσίες. Τα ραδιοφάρμακα που χρησιμοποιούνται στην τομογραφία PET εισάγονται στον οργανισμό με ενδοφλέβια ένεση και είναι επισημασμένα με ραδιενεργά ισότοπα εκπομπής ποζιτρονίων ώστε να μεταφέρονται προς την περιοχή του υπό εξέταση οργάνου. Σε προκλινικό επίπεδο, οι μέθοδοι απεικόνισης της τομογραφίας PET έχουν αναπτυχθεί σε σημαντικό βαθμό ώστε να βοηθούν σημαντικά την αναγνώριση και ανάπτυξη νέων φαρμάκων καθώς και στην πρόληψη ογκολογικών και νευρολογικών παθήσεων. H εξέλιξη της νόσου ή η επίδραση ενός φαρμάκου, μπορούν να παρακολουθούνται πολύ πιο αποτελεσματικά με την χρήση μικρών ζώων διότι αυτά σε πολλές περιπτώσεις αποτελούν ανάλογα του ανθρώπινου οργανισμού. Με την ανάπτυξη εξειδικευμένων πακέτων προσομοίωσης, που βασίζονται στην μέθοδο Monte Carlo ή σε αναλυτικές μεθόδους προωθείται ο σχεδιασμός νέων τομογράφων, η βελτιστοποίηση των κλινικών ή προκλινικών πρωτοκόλλων απεικόνισης καθώς και η ανάπτυξη και αξιολόγηση αλγορίθμων ανακατασκευής εικόνας. Επίσης αυτά τα λογισμικά προσομοίωσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της δόσης σε πειράματα προσομοίωσης με τρισδιάστατα ομοιώματα ανθρώπων ή μικρών ζώων, με σκοπό τη μείωση της έκθεσης σε ακτινοβολία πραγματικών πειραμάτων και διαγνωστικών εφαρμογών. Το GATE (Geant4 Application for Tomography Emission) αποτελεί ένα τέτοιο λογισμικό προσομοίωσης ανοικτού κώδικα που βασίζεται αποκλειστικά στις μεθόδους Monte Carlo. Αυτό το λογισμικό χρησιμοποιήθηκε για όλες τις προσομοιώσεις στο πλαίσιο αυτής της εργασίας. Συνεπώς, ο συνδυασμός της προκλινικής έρευνας με την ανάπτυξη της τεχνολογίας των υπολογιστικών συστημάτων και των λογισμικών προσομοίωσης συμβάλλει σημαντικά στην μείωση του κόστους και στην βελτιστοποίηση νέων απεικονιστικών συστημάτων. Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι αρχικά να προσομοιώσει το προκλινικό σύστημα τομογραφίας -nanoScan®PET- με τη χρήση του λογισμικού προσομοίωσης GATE. Στη συνέχεια, με βάση το πρωτόκολλο NEMA NU4- 2008, υπολογίστηκε η ευαισθησία του παραπάνω τομογράφου. Το πρωτόκολλο ΝΕΜΑ NU4-2008 περιλαμβάνει ελέγχους και μετρήσεις για τον προσδιορισμό της χωρικής ανάλυσης (spatial resolution), της αναλογίας των ρυθμών κρούσεων (scatter fraction, count losses and random coincidence measurements), της ευαισθησίας (sensitivity) και της ποιότητας της εικόνας (image quality). Στη συνέχεια της εργασίας, μέσω του GATE, προσομοιώθηκε το ομοίωμα (phantom), που σύμφωνα με το πρωτόκολλο ΝΕΜΑ NU 4-2008 χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της ποιότητας της εικόνας (image quality). Τέλος, όλες οι απαιτούμενες επεξεργασίες των ημιτονογραμμάτων ή οι ανακατασκευές των εικόνων έγιναν μέσω του λογισμικού ανοιχτού κώδικα, STIR (Software for Tomographic Image Reconstruction). Τα αποτελέσματα των πειραματικών προσομοιώσεων αυτής της εργασίας που αφορούν την ευαισθησία του συγκεκριμένου τομογράφου είναι συγκρίσιμα με τα αντίστοιχα των υπόλοιπων εμπορικών παρόμοιων συστημάτων για απεικόνιση μικρών ζώων.