SVILUPPO DI UN PACCHETTO DI SIMULAZIONE MONTE CARLO PER LA
CORREZIONE DELLA RADIAZIONE DIFFUSA IN PET 3D
I.Castiglioni a, O.Cremonesi b, M.C.Gilardi a, V. Bettinardi a, G.Rizzo a, A.Savi a,
E.Bellotti b and F.Fazio a
a INB-CNR, Universita' di Milano, Istituto San Raffaele, Milano
b Dipartimento di Fisica dell'Universita' di Milano e Sezione di Milano del'INFN,
Milano
In tomografia ad emissione di positroni tridimensionale (PET 3D), uno dei problemi
principali e' rappresentato dalla rivelazione di radiazione di diffusione Compton nei
tessuti corporei. La frazione di radiazione di diffusione e' stimata dell'ordine del 30-40%
in studi cerebrali e dell'ordine del 60-70% in studi cardiaci. La rivelazione di tale
radiazione comporta una riduzione del contrasto nelle immagini e allo stesso tempo una
inaccuratezza della stima assoluta della concentrazione di radioattivita' nel distretto
anatomico in esame. Si rende quindi necessario correggere per tale componente al fine
di migliorare la accuratezza qualitativa e quantitativa delle immagini PET 3D.
L'applicazione di tecniche di simulazione Monte Carlo nell'ambito delle tecnologie
biomediche ha trovato un largo impiego negli anni recenti. Il metodo Monte Carlo
permette infatti di studiare in modo indipendente processi fisici sperimentalmente non
misurabili ma modellabili attraverso la generazione di eventi casuali secondo leggi
probabilistiche associate ai singoli processi. Un modello Monte Carlo puo' essere
proposto quindi per stimare il contributo di componenti di rumore in immagini
biomediche, in particolare la componente di radiazione diffusa in PET 3D.
A tale proposito e' stato sviluppato un programma Monte Carlo basato sul codice EGS4
per la simulazione di tomografi PET 3D. In particolare il pacchetto di simulazione
permette: a) la simulazione di una ampia categoria di tomografi PET 3D a geometria
circolare (multianello) e di sorgenti radioattive di forma e composizione diverse, b)
l'analisi dei risultati in termini di parametri caratteristici di interesse (frazione di
radiazione diffusa, risoluzione spaziale, rumore statistico...). Tale programma e' stato
attualmente utilizzato per modellare il tomografo PET GE-Advance in configurazione
3D. La validazione del modello e' stata effettuata mediante il confronto tra misure
sperimentali e simulazioni secondo procedure standard (NEMA) di caratterizzazione del
tomografo in termini di risoluzione spaziale e frazione di radiazione diffusa. I risultati
hanno mostrato un accordo tra dati sperimentali e simulati entro il 10%.
L'utilizzo del pacchetto di simulazione e' stato quindi focalizzato allo studio della
distribuzione di radiazione diffusa in immagini PET, in particolare, come fase
preliminare,
per studi cerebrali. A tal fine sono stati simulati e misurati
sperimentalmente fantocci di semplice geometria e di materiale di diffusioneattenuazione simile al tessuto cerebrale. La distribuzione spaziale della radiazione
diffusa ottenuta mediante simulazione ha reso possibile l' implementazione di una
tecnica di correzione Monte Carlo per tale componente. Tale tecnica si basa sulla
sottrazione pixel a pixel della distribuzione simulata della radiazione diffusa
(opportunamente normalizzata) dalla corrispondente distribuzione spaziale misurata. La
frazione di radiazione diffusa misurata dopo la correzione mediante metodo Monte
Carlo e' risultata inferiore al 3% per le sorgenti considerate. I risultati ottenuti hanno
messo in evidenza l'efficacia del metodo Monte Carlo come strumento per modellare e
stimare qualitativamente e quantitativamnte la componente di radiazione diffusa in PET
3D. La tecnica di correzione implementata presenta caratteristiche molto interessanti per
una diretta applicazione ad immagini cliniche PET 3D.
Isabella
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