Advanced

Feasibility of Implementing the PILATUS CdTe 300k Detector as a Real Time Gamma Camera in Intraoperative Medical Imaging

Andersson, Mariam LU (2015) FYSK01 20151
MAX IV Laboratory
Department of Physics
Abstract
The full-width-at-half-maximum of the point spread functions for a pixellated cadmium telluride detector exposed to gammas from a 140.5 keV Tc-99m source are modelled in GATE, at a detector-collimator distance of 5 cm, and collimator-source distances of 5 cm and 10 cm, with lead pinholes of diameter 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm and 5.0 mm acting as collimators. The PILATUS3 X CdTe 300k detector from Dectris was then used to image a custom phantom with the same set up as in simulations at the Austin hospital in Melbourne, Australia. The exposure time was also varied, with the aim to establish if the detector could be repurposed for applications within medical imaging, more specifically as a gamma camera in guided sentinel lymph node biopsy.... (More)
The full-width-at-half-maximum of the point spread functions for a pixellated cadmium telluride detector exposed to gammas from a 140.5 keV Tc-99m source are modelled in GATE, at a detector-collimator distance of 5 cm, and collimator-source distances of 5 cm and 10 cm, with lead pinholes of diameter 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm and 5.0 mm acting as collimators. The PILATUS3 X CdTe 300k detector from Dectris was then used to image a custom phantom with the same set up as in simulations at the Austin hospital in Melbourne, Australia. The exposure time was also varied, with the aim to establish if the detector could be repurposed for applications within medical imaging, more specifically as a gamma camera in guided sentinel lymph node biopsy. Moreover, the quantum efficiency of the detector, hitherto unknown, was calculated. Results found that the 2.0 mm and 5.0 mm would be particularly suited for real time imaging and intraoperative use, with exposure times of 30 s and 5 s resolving 3.0 mm and 8.5 mm respectively. The smaller pinhole sizes achieved resolutions of down to 1 mm with longer exposures of 120 s and 300 s, showing promise for application in single photon emission computed tomography. For both a detector-collimator and collimator-source distance of 5 cm, the simulated spatial resolution was in agreement with the experimental results, validating the use of simulations to model such situations. The CdTe sensor was found to have an intrinsic quantum efficiency of 20.8%, confirming its superiority over other semiconductor counterparts such as silicon. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Att kunna se igenom människor

Att kunna flyga, vara osynlig och ha röntgensyn – de superkrafterna är det många som önskar sig. Faktum är att röntgensyn är en verklighet; man måste bara få tag på lite speciell utrustning.

På sjukhus runtom i världen används det dagligen medicinska avbildningtekniker som antingen grundar sig på röntgenstrålar eller andra former av strålning. Dessa tekniker hjälper oss att både diagnosticera och behandla sjukdomar. En sådan teknik är lymfkörtelbiopsi, som går ut på att undersöka den lymförtel som först dränerar en tumör, för att bestämma om cancern har spridit sig till andra delar av kroppen.

Tänk dig nu att någon har gömt 20 mynt i ett helt mörkt rum. 19 av dem är gröna, men ett är rött. Du vet... (More)
Att kunna se igenom människor

Att kunna flyga, vara osynlig och ha röntgensyn – de superkrafterna är det många som önskar sig. Faktum är att röntgensyn är en verklighet; man måste bara få tag på lite speciell utrustning.

På sjukhus runtom i världen används det dagligen medicinska avbildningtekniker som antingen grundar sig på röntgenstrålar eller andra former av strålning. Dessa tekniker hjälper oss att både diagnosticera och behandla sjukdomar. En sådan teknik är lymfkörtelbiopsi, som går ut på att undersöka den lymförtel som först dränerar en tumör, för att bestämma om cancern har spridit sig till andra delar av kroppen.

Tänk dig nu att någon har gömt 20 mynt i ett helt mörkt rum. 19 av dem är gröna, men ett är rött. Du vet ungefär var i rummet mynten är gömda, men du måste hitta det röda. Hur gör du då? Kirurgerna som utför lymfkörtelbiopsi stöter på liknande problem. De har svårt att lokalisera körtlarna och för att undvika skador till den närliggande vävnaden har man inte råd att skära mycket i vävnaden runtomkring.
Att se det osynliga
Ditt liv skulle bli lättare om du fick använda dig av ett par glasögon som gjorde att du kunda se endast det röda myntet. På samma sätt har kirurger kunnat se den första lymfkörteln genom att injicera ett radioaktivt spårämne i området som utger gammastrålning och tar sig till körteln. Men det krävs en detektor för att kunna se någonting. Detektorerna idag är tunga, har inte så bra upplösning och många kräver långa exponeringstider för att kunna skapa bilder. Man hade kunnat säga att dina glasögon inte riktigt har rätt styrka, de gör ont att ha på sig och du måste stirra på en viss punkt i rummet en längre tid innan du ser någonting.

En ny detektor har testats för att bedöma om den förbättrar bilderna jämfört med de andra. Det har man gjort genom att mäta dess känslighet och ändra på vissa parametrar såsom avstånd till den radioaktiva källan och kollimatorn framför, precis som om du hade ändrat ditt avständ till det röda myntet, eller ändrat styrkan på dina glasögon. De goda nyheterna är att styrkan på dina glasögon verkar ha förbättrats och att kirurger kanske kommer kunna lokalisera lymfkörtlarna snabbare och lättare än tidigare, så att de orsakar mindre skada. Och just det – glasögonen är mycket lättare och snyggare också. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Andersson, Mariam LU
supervisor
organization
course
FYSK01 20151
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
PILATUS, CdTe, detector, medical imaging, lymphoscintigraphy, sentinel lymph node biopsy, quantum efficiency, resolution, sensitivity, semiconductor detector, gamma camera
language
English
id
8045592
date added to LUP
2015-10-01 18:12:30
date last changed
2015-10-01 18:12:30
@misc{8045592,
  abstract     = {The full-width-at-half-maximum of the point spread functions for a pixellated cadmium telluride detector exposed to gammas from a 140.5 keV Tc-99m source are modelled in GATE, at a detector-collimator distance of 5 cm, and collimator-source distances of 5 cm and 10 cm, with lead pinholes of diameter 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm and 5.0 mm acting as collimators. The PILATUS3 X CdTe 300k detector from Dectris was then used to image a custom phantom with the same set up as in simulations at the Austin hospital in Melbourne, Australia. The exposure time was also varied, with the aim to establish if the detector could be repurposed for applications within medical imaging, more specifically as a gamma camera in guided sentinel lymph node biopsy. Moreover, the quantum efficiency of the detector, hitherto unknown, was calculated. Results found that the 2.0 mm and 5.0 mm would be particularly suited for real time imaging and intraoperative use, with exposure times of 30 s and 5 s resolving 3.0 mm and 8.5 mm respectively. The smaller pinhole sizes achieved resolutions of down to 1 mm with longer exposures of 120 s and 300 s, showing promise for application in single photon emission computed tomography. For both a detector-collimator and collimator-source distance of 5 cm, the simulated spatial resolution was in agreement with the experimental results, validating the use of simulations to model such situations. The CdTe sensor was found to have an intrinsic quantum efficiency of 20.8%, confirming its superiority over other semiconductor counterparts such as silicon.},
  author       = {Andersson, Mariam},
  keyword      = {PILATUS,CdTe,detector,medical imaging,lymphoscintigraphy,sentinel lymph node biopsy,quantum efficiency,resolution,sensitivity,semiconductor detector,gamma camera},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Feasibility of Implementing the PILATUS CdTe 300k Detector as a Real Time Gamma Camera in Intraoperative Medical Imaging},
  year         = {2015},
}