Please use this identifier to cite or link to this item: http://artemis.cslab.ece.ntua.gr:8080/jspui/handle/123456789/14801
Title: Μοντελοποιηση Ενος Mouse-sized Απεικονιστικου Συστηματος Με Χρηση Των Τεχνικων Προσομοιωσης Monte-carlo
Authors: Σκανδαλη Μαρια-ελενη
Νικήτα Κωνσταντίνα
Keywords: μονοφωτονική υπολογιστική τομογραφία εκπομπής (spect)
ιχνηθέτης
ραδιοφάρμακο
μοντελοποίηση
προσομοίωση
πυρηνική ιατρική απεικόνιση
πυρηνική ιατρική
gate
απεικόνιση σε μικρά ζώα
μικρού μεγέθους σύστημα απεικόνισης
δυναμική μελέτη
χωρικά ευαίσθητος φωτοπολλαπλασιαστής
Issue Date: 5-Jun-2007
Abstract: Η απεικόνιση στην πυρηνική ιατρική πραγματοποιείται με την ανίχνευση της εκπεμπόμενης, από τον εξεταζόμενο, ακτινοβολίας για διαγνωστικούς σκοπούς. Συνίσταται στον προσδιορισμό της συγκέντρωσης, μέσα στον οργανισμό, ενός επισημασμένου μορίου, που λέγεται ραδιοφάρμακο ή ιχνηθέτης. Αυτό επιτυγχάνεται ανιχνεύοντας την πληροφορία που εξέρχεται από το σώμα του ασθενούς με τη χρήση κατάλληλης ανιχνευτικής διάταξης. Τα είδη της απεικόνισης που χρησιμοποιούνται κλινικά σήμερα είναι δύο, η Μονοφωτονική Υπολογιστική Τομογραφία Εκπομπής (SPECT- Single Photon Emission Computed Tomography), κατά την οποία ο ιχνηθέτης εκπέμπει φωτόνια, που ανιχνεύονται από έναν ανιχνευτή ακτινοβολίας-γ, συνήθως μία γ-κάμερα, και η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίου (PET- Positron Emission Tomography), κατά την οποία τα ποζιτρόνια που εκπέμπονται από τον ιχνηθέτη, εξαϋλώνονται από ηλεκτρόνια και δύο φωτόνια εκπέμπονται σε σύμπτωση και κινούμενα σε αντιδιαμετρικές κατευθύνσεις ανιχνεύονται. Η τελική αναπαραγωγή των εικόνων γίνεται με την εφαρμογή στα πειραματικά δεδομένα ενός αλγορίθμου ανακατασκευής. Η αναπαραγόμενη εικόνα αποτελεί την αναπαράσταση της συγκέντρωσης του ιχνηθέτη στο ανθρώπινο σώμα. Η πυρηνική ιατρική επιτρέπει την πρόσβαση με μη-επεμβατικό τρόπο σε πληροφορίες, τόσο για την λειτουργικότητα των οργάνων, όσο και την μελέτη όλων εκείνων των διαδικασιών, φυσιολογικών και μεταβολικών, που συμβαίνουν στον ανθρώπινο οργανισμό. Η αξιοπιστία των εικόνων που δημιουργούνται επηρεάζεται αρχικά από παράγοντες, που σχετίζονται με τους χρησιμοποιούμενους ανιχνευτές, όπως η ευαισθησία τους και η χωρική ή ενεργειακή διακριτική ικανότητα. Επιπλέον όμως, οι φυσικές διεργασίες, όπως η εξασθένηση και η σκέδαση της ακτινοβολίας, αλλά και η κίνηση του ασθενούς, αλλοιώνουν την εικόνα και επηρεάζουν την πιστότητά της. Όλα τα παραπάνω είναι δυνατόν να εκτιμηθούν και να εξαλειφθούν με την χρήση μεθόδων διόρθωσης. Σε όλα τα παραπάνω, η προσομοίωση Monte Carlo, αποτελεί ένα χρήσιμο και αποτελεσματικό εργαλείο για την σχεδίαση και μελέτη των απεικονιστικών συστημάτων. Το πακέτο προσομοίωσης GATE προσφέρει ένα ευέλικτο προγραμματιστικό περιβάλλον με χρήση μακροεντολών, χωρίς να απαιτεί ειδικευμένες γνώσεις προγραμματισμού. Ο χρήστης περιγράφει τα χαρακτηριστικά του τομογραφικού συστήματος (SPECT ή PET) και την προς απεικόνιση γεωμετρία. Στην συνέχεια το GATE αναλαμβάνει να ενσωματώσει όλες τις επιτελούμενες φυσικές διεργασίες, επιτρέποντας την πραγματοποίηση ενός εικονικού πειράματος. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίνονται με τα αντίστοιχα πειραματικά, έως ότου επιτευχθεί ικανοποιητική συμφωνία. Κατόπιν, ο κώδικας της προσομοίωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού της ανιχνευτικής συσκευής, διερευνώντας εναλλακτικές γεωμετρίες και άλλες παραμέτρους. Επίσης, παρέχει τομογραφικά δεδομένα από πειράματα που δεν είναι εύκολο να πραγματοποιηθούν πρακτικά (π.χ. μελέτη μικρών όγκων σε μαστό). Τα δεδομένα αυτά χρησιμοποιούνται και κατά τη βελτιστοποίηση αλγορίθμων ανακατασκευής, επιτρέποντας τη μελέτη, μοντελοποίηση και διόρθωση παραγόντων, όπως η σκέδαση, η απόσβεση, τυχαία γεγονότα κλπ. Επιπλέον, είναι δυνατός ο συνδυασμός του GATE με ρεαλιστικά μοντέλα μικρών ζώων για πραγματοποίηση ρεαλιστικότερων μελετών. Η κύρια αδυναμία του GATE έγκειται στο μεγάλο υπολογιστικό χρόνο που απαιτεί: αυτό το θέμα ερευνάται από τις ομάδες GEANT4 και openGATE collaboration. Στην παρούσα διπλωματική διατριβή θα γίνει μοντελοποίηση μιας μικρού μεγέθους γ-κάμερας για απεικόνιση μικρών ζώων, με μεθόδους Monte Carlo και χρήση του πακέτου GATE. Αρχικά, γίνεται μια λεπτομερής περιγραφή της γεωμετρίας του συγκεκριμένου ανιχνευτικού συστήματος, καθώς και της μοντελοποίησής του. Στη συνεχεια εκτελούνται μια σειρά βασικών πειραμάτων, τα οποία στη συνέχεια και προσομοιώνονται. ‘Επειτα, συγκρίνονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με τα αντίστοιχα πειραματικά, έως ότου επιτευχθεί ικανοποιητική συμφωνία. Τέλος εξάγονται συμπεράσματα και προτείνονται πιθανοί τρόποι αξιοποίησης των αποτελεσμάτων.
URI: http://artemis-new.cslab.ece.ntua.gr:8080/jspui/handle/123456789/14801
Appears in Collections:Διπλωματικές Εργασίες - Theses

Files in This Item:
File SizeFormat 
DT2007-0042.doc4.44 MBMicrosoft WordView/Open


Items in Artemis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.