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Líneas de Investigación
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Reconstrucción de imágenes en PET

El objetivo de la reconstrucción de la imagen en PET consiste en encontrar la distribución del radioisótopo que dio lugar a los datos medidos por el escáner, lo que matemáticamente hablando se define como "problema inverso". Aunque la resolución de dicho problema no es exacta, hoy en día existen numerosos métodos de reconstrucción que permiten hallar una solución aproximada; para ello se emplean algoritmos matemáticos y potentes ordenadores.

Nuestro grupo investiga sobre todo la aplicación de algoritmos estadísticos iterativos combinados con modelos físicos detallados del proceso de formación de la imagen.

Modelos físicos de los fenómenos de formación y degradación de la imagen

Los algoritmos iterativos requieren la inclusión de un modelo que describa la respuesta de un escáner a la presencia de radiación (matriz de respuesta del sistema). La exactitud y precisión de este modelo tendrá gran impacto en la imagen final. Para obtener imagenes de alta resolución y calidad, será necesario disponer de modelos detallados que incluyan una descripción de aquellos fenómenos que intervienen en el proceso de formación de la imagen, como las interacciones de los rayos gamma en los detectores. La calidad de la imagen puede mejorar aún más si también se incluye en el modelo una descripción de los fenómenos de degradación de la imagen, como las interacciones de los rayos gamma en el sujeto de estudio.

En el GFIM empleamos sobre todo simulaciones Monte-Carlo para obtener la matriz de respuesta. Con ello queremos compensar sobre todo los efectos derivados de la penetración de la radiación a través de los cristales, ya que este fenómeno es el principal causante de la pérdida de resolución espacial fuera del centro del campo de visión cuando se trabaja con escáneres de alta resolución de pequeño diámetro, como aquellos diseñados para animales pequeños.

Compensación de los fenómenos de degradación de la imagen

Existen diversos efectos físicos, inherentes a la PET, que contribuyen a degradar la imagen; para poder corregir o compensar sus efectos es necesario disponer de modelos que los describan. Algunos modelos pueden incluirse en la matriz de respuesta del sistema, como el rango del positron y la acolinearidad de los fotones emitidos, o la atenuación sufrida por los fotones en el sujeto. Otros efectos se tratan en el espacio de medida, como la dispersión de los fotones en el sujeto, o las coincidencias accidentales. En la mayoría de los casos se trata de modelos aproximados.

Nuestro grupo está interesado en mejorar los modelos tradicionales mediante una formulación más precisa del problema, como en el caso de las coincidencias accidentales. También investigamos la contribución de otras fuentes de degradación de la imagen que habitualmente no se tienen en cuenta en la PET convencional, y buscamos compensar esos efectos a traves de descripciones estadísticas. Nuestra meta final es mejorar la calidad y resolución de la imagen final.

Simulaciones Monte-Carlo para PET

Las simulaciones Monte-Carlo son hoy en día una herramienta muy útil en numerosos campos de la ciencia y de la técnica. En Física, se emplean sobre todo en Física Nuclear y de Partículas; en Física Médica se emplean sobre todo en la planificación de radioterapia para el cálculo de las dosis. En Imagen Médica, las técnicas de simulación Monte-Carlo tienen múltiples usos: permiten optimizar el diseño de nuevos prototipos y evaluar su rendimiento, entender y analizar los fenómenos subyacentes en la generación de la imagen, separar efectos que en la realidad aparecen indistinguibles, o generar datos con los que probar nuevos algoritmos de reconstrucción.

Hoy en día existen diversos paquetes de simulación optimizados para su empleo en Imagen Médica, como SimSet o GATE, aunque, en algunas ocasiones, otros paquetes concebidos para Física de Altas Energías, como Geant4, pueden ser más útiles. En algunos casos puede ser preferible, sin embargo, generarse el propio código de simulación.

En el GFIM empleamos Geant4, GATE y códigos propios para desarrollar y validar modelos de fenómenos físicos de relevancia en PET (como la dispersión Compton o las coincidencias accidentales), con la meta de estudiar el impacto de dichos fenómenos en la imagen final, o para predecir el comportamiento de nuevos diseños.




Escáneres
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MADPET-II

MADPET-II es el segundo prototipo PET para animales pequeños construido por el Grupo de Instrumentación de la Technische Universität München. Este prototipo se caracteriza por la lectura individual de sus 1152 cristales de LSO mediante fotodiodos de avalancha (APDs), dispuestos en dos capas concéntricas de 18 módulos cada una. Otra característica singular de MADPET-II es la adquisición de sucesos "singles" en modo lista, en vez de la adquisición convencional de pares de sucesos detectados en coincidencia.

LabPET TM

El nuevo dispositivo LabPET TM es la segunda generación de escáneres para animales pequeños basado en fotodiodos de avalancha (APDs) combinados con una arquitectura integrada y completamente digital. LabPET ha sido desarrollado en la Université de Sherbrooke (Québec, Canadá), y actualmente lo comercializa AMI-Gamma Medica. Los módulos detectores de LabPET consisten en parejas de cristales LYSO/LGSO (configuración phoswich) acopladas individualmente a los APDs. Las parejas de cristales (2×2×~10 mm3) están acopladas ópticamente a lo largo para formar los detectores phoswhich. Mediante técnicas de discriminación de la forma de pulso se puede conseguir de forma eficiente la identificación del cristal.

AX-PET

Este prototipo, actualmente en construcción, emplea varias capas de cristales LYSO, orientados axialmente, y acoplados a APDs en modo Geiger (G-APDs), también llamados fotomultiplicadores de silicio (Si-PMs). La coordenada z de la interacción se obtiene mediante "wave length shifting strips" (WLSs) colocados perpendicularmente bajo cada capa de cristales. Para la lectura de los WLSs también se emplean G-APDs. El desarrollo de este prototipo corre a cargo de la colaboración AX-PET, en la que participan: INFN, CERN, University of Michigan, University of Ohio, University of Oslo, PSI, Instituto Superiore di Sanita, IFIC (CSIC-UV), ETH, University Hospital Geneva.




Proyectos
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Calidad de imagen y cuantificación en tomografia por emisión de positrones (FPA2010-14891)

Ministerio de Ciencia e Innovación / Plan Nacional de I+D+i.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), RWTH Aachen (Alemania).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Telescopio Compton para monitorización de la terapia hadrónica (FIS2011-14585-E)

Ministerio de Ciencia e Innovación / Plan Nacional de I+D+i.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Innovative Software for Advanced PET Imaging (INSPET) (PIEF­GA­2009­237620)

Comisión Europea.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


European NoVel Imaging Systems for ION therapy (ENVISION)

Comisión Europea.
Entidades participantes: CERN (Suiza), TU Dresden (Alemania), Medizinische Universitaet Wien (Austria), Universite Claude Bernard Lyon 1 (Francia), Oxford University (G.B.), Siemens AG (Alemania), Ion Beam Applications SA (Belgica), INFN (Italia), Fondazione per adroterapia oncologica (Italia), Universitaetsklinikum Heidelberg (Alemania), GSI (Alemania), Maastro clinic (Holanda), CNRS (Francia), CSIC, Universiteit Gent, Politecnico di Milano (Italia), Universidad de Castilla - La Mancha.
Investigador principal: Prof. Manjit Dosanjh (CERN)


Grid y E-Cencia: Análisis de Datos Atlas y Física Médica (PCI A/023372/10)

Ministerio de asuntos exteriores y Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo (AECID).
Entidades participantes: Universitat de València with the Centre National de Reserche Scientifique et Technologique (CNRST) and Mohamed V-Agdal University (Marruecos).
Investigador principal: Dr. Santiago Gonzalez de la Hoz


AX-PET: Un nuevo concepto de escáner para tomografía por emisión de positrones con WLS-Strips y G-APDs (FPA2008-02419-E/FPA)

Ministerio de Ciencia e Innovación / Acciones complementarias.
Entidades participantes: IFIC (CSIC/Universidad de Valencia).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Improving image quality in positron emission tomography

Plan Nacional de I-D-i, Ministerio de Educación y Ciencia.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Canadá), Technische Universität München (Munich, Alemania).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Tomografía por emisión de positrones para pequeños animales: Coincidencias accidentales y dispersión Compton entre cristales

Acciones Complementarias Internacionales, Ministerio de Educación y Ciencia.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Canadá).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas


Development of a small animal PET tomograph based on novel silicion photomultipliers, (HI2006-0082)

Acciones Integradas, Ministerio de Educación y Ciencia.
Entidades participantes: IFIC (Universidad de Valencia / CSIC), Universitá degli Studi di Pisa (Pisa, Italia).
Investigador principal: Dr. Magdalena Rafecas (España) / Prof. Alberto del Guerra (Italia)


MADEIRA: Minimizing activity and dose with enhanced image quality by radiopharmaceutical administration

EUROATOM, Comisión Europea.
Entidades participantes: Helmholtz-Insitut München (Alemania), Lund University (Suecia), Jozef Stefan Institute (Eslovenia), IFIC (España), Scivis wissenschaftliche Bildverarbeitung (Alemania), Università degli Studi di Milano (Italia), The University of Michigan (EE.UU.).
Investigador principal: Prof. Christoph Hoeschen, (Helmholtz-Institut München).


Toward sensitivity improvement of positron emission tomography imaging by including low energy photons in images

Strategic Plan of the Department of Electrical Engineering, Université de Sherbrooke (Canadá).
Entidades participantes: Université de Sherbrooke, IFIC (Universidad de Valencia / CSIC).
Investigador principal: Prof. Réjean Fontaine (Université de Sherbrooke).


PARTNER: Particle Training Network for European Radiotherapy

Marie Curie Initial Training Networks (ITN), Comisión Europea.
Entidades participantes: CERN, CNAO (Italia), GSI (Alemania), Heidelberg Ion Therapy Inc. (Alemania), Karolinska Institutet (Suecia), University of Surrey (Reino Unido), TERA Foundation (Italia), Ion Beam Applications, RaySearch Laboratories, Siemens Medical, ETOILE Project (Francia), IFIC (España), Med-Austron (Austria).
Investigador principal: Prof. Manjit Dosanjh (CERN, Suiza)