Numeeriset fantomit PET -kuvausmenetelmän testauksessa

Abstract

TAUSTAA: Positroniemissiotomografia on isotooppikuvausmenetelmä, jolla saadaan tarkkaa tietoa ihmisen fysiologisista ilmiöistä ja niiden muutoksista aina solutasolta asti. Tärkeä osa PET -kuvausten testausta ja kehitystyötä ovat fysikaaliset ja numeeriset fantomit. Fantomeilla tehtävissä tutkimuksissa kohteen tunnetun radioaktiivisuusjakauman avulla pyritään selvittämään miten ja mitkä tekijät vaikuttavat lopulliseen kuvaustulokseen. Fysikaalinen fantomi on rakennettu kuvauskohde, joka voidaan täyttää tietyllä radioaktiivisuudella. Fysikaalisilla fantomeilla kuvaus tehdään aina PET -kameralla ja se rajoittaa esimerkiksi tehtävien tutkimusten määrää. Fysikaalisilla fantomeilla voidaan tutkia kameran ominaisuuksia sekä lopullisen kuvan ominaisuuksia. Tutkimuksissa ei kuitenkaan pystytä tarkkaan erottamaan kuvausprosessin eri osien aiheuttamia vaikutuksia. Numeerinen fantomi on tietokoneella luotu keinotekoinen aktiivisuusjakaumakuva. Numeerisilla fantomeilla tutkitaan muun muassa kuvan laskemisessa käytettyjen rekonstruktiomenetelmien toimivuutta ja muiden kuvan analysointiin käytettävien menetelmien luotettavuutta. Numeerisilla fantomeilla on mahdollista tarkasti selvittää rekonstruktiomenetelmän toimivuutta vertaamalla alkuperäistä fantomikuvaa ja lopullista kuvaustulosta. Näin voidaan laskea esimerkiksi rekonstruktiomenetelmän aiheuttama virhe. TAVOITE / MENETELMÄT : Kehitetään numeerisia fantomeja tuottava ohjelma sekä selvitetään mahdollisuuksia tuottaa suuria testiaineistoja. Tutkimusaineistot ovat tiedostopaketteja, jotka sisältävät useita fantomeja tai fantomeista laskettuja sinogrammeja. Fantomiohjelmalla on mahdollista tuottaa kaksi- ja kolmiulotteisia fantomikuvia sekä staattisena että dynaamisena. Ohjelmalla tuotetut fantomit ovat analyyttisia ja perustuvat ellipseihin tai ellipsoideihin. Fantomiin voidaan lisätä kohinaa. Kohinan tasoa ja sen ominaisuuksia voidaan varioida. TULOKSET: Diplomityössä löydettiin kohinan tuottamiseen erittäin hyvin sopiva kohinamalli ylihajontaiselle Poisson kohinalle. /Kir10

Positron emission tomography is a nuclear imaging method. With PET it is possible to obtain information about physiological phenomena of human body and changes of them from the cellural level. Important part in the testing and the development of PET methodology are the physical and numerical phantoms. In phantom studies the aim is to investigate with the known radioactive concentration of the object which factors and how they effect to the fnal image.Physical phantom is an object, which is filled with certain radioactive concentration. The physical phantoms are always scanned with the real PET scanner, thus it restricts e.g. the number of studies that could be performed. The characteristics of the PET scanner and the final image are possible to study with physical phantoms. However, in these studies it is impossible to separate the effects of the different parts of the imaging process. The numerical phantom is a computer-based image with the artificial activity distribution. With the numerical phantoms it is possible to assess the accuracy of the reconstruction methods, which are used to calculate the final image and the reliability of the other image analysis methods. With the numerical phantoms it is possible to accurately examine the efficacy of the reconstruction by comparing the original phantom image and the final, reconstructed image. This way it is possible to calculate e.g. error caused by the reconstruction algorithm.The aim of this work was to develop the computer program, with which the numerical phantoms can be created and find out the possibilities to generate large collections of numerical phantoms. The program enables to create both static and dynamic two- and three-dimensional phantom images. It is possible to add noise in the phantoms. The characteristics and the level of the noise can be varied. In this master of science thesis very good noise model for generation of overdispersed Poisson noise was found.