Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Imag
en de Alta Resolución Med
iante
Tomografía por
Emisión de Positrones (PET)
Imag
en Méd
ica: Equipo de investigación pluridisciplin
arLabor
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MG
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M)
Juan
José
Vaq
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ópez
(H
GG
M)
Manue
l Desc
oM
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GG
M)
2
ÍNDICE
ÍNDICE
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCIÓN DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
Santia
go E
fn08/
18/S
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JMU
día
s
Introducc
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Nucl
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Nucleus
(protons+neutrons)
electrons
16.
582R
b
9.0
68G
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3.8
11C
2.6
18F
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Pos
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Ran
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Isót
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Gamma Photon #1
Gamma Photon #2
BANG
Santia
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18/S
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JMU
día
s
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
•Es una técn
ica de im
agen médica funcional que perm
ite
estudiar el metabolismo de m
oléculas m
arcadas con un átomo
emisor de positrones (18FDG)
•A partir de la radiación detectada se logra una imag
en de la
distribución de estas m
oléculas en el paciente, indicando cómo
metaboliza ese trazador
PET
PET
CT
PET
IMAGEN
FUNCIONAL
IMAGEN
ANATÓMICA
Santia
go E
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18/S
ept,
JMU
día
s
Introducción
PET: Tom
ografía po
r em
isión de po
sitone
s. Imag
en fun
cion
al
PET: Tom
ografía po
r em
isión de po
sitone
s. Imag
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n Ejemplo de image
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l (PET, arriba)
func
iona
l (PET, arriba)
frente a una
image
n frente a una
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tómica (CT, ab
ajo).
ana
tómica (CT, ab
ajo).
Se estud
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Se estud
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radiote
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stinal.
tumor
gastro
inte
stinal.
Santia
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18/S
ept,
JMU
día
s
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
•Requiere ciclotrón y radiofarm
acia
(módulo
s de s
ínte
sis)
•Se m
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os
foto
nes
de 5
12 k
eV
en c
oin
cidenci
a
•Alta tasa:
efectos de tiempo muerto,
apilamiento,
coincidencias aleatorias.
•Requisitos de resolución en energía moderados/bajos
•Determ
inación de la posición de interacción del fotón en
el detector: la mejor posible
PET
PET
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
PET
•Aplicaciones
–Oncología (detección y
estadiaje)
–Cardiología (isquemia)
–SNC (epilepsia, demencia)
•Dosis paciente ≈ ≈≈≈2 tórax
•¿Coste-efectivo?
10
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�OBJETIVOS DEL TRABAJO
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
11
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
12
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
Materiales centelleadores
Tiposde m
ateriales
centelladores
Org
ánic
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ánic
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Santia
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18/S
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s
575
75
20-25
15-20
100
Light Output
(%NaI)
No
No
220
20.3
4.89
0.854
10
BaF
BaF22
No
No
No
No
No
No
Sí
Higroscópico
Sí
Sí
Sí
Sí
No
No
No
¿Radioactividad
Natural?
1.94
1.82
1.82
1.85
2.15
1.85
Índice de
refracción
390
385
400
420
440
480
410
Longitud de Onda
(nm)
0.27
0.31
0.34
0.25
0.43
0.17
Fracción
Fotoeléctrica
13
15
12
11.4
13.8
11.2
25.6
Longitud de
Radiación (mm)
7.4
6.2
7.3
7.4
6.7
7.13
3.67
Densidad (g/cc)
25, 200
38
45~60
35~45
30~60
300
230
Tiempo de
relajación (ns)
64.9
63.8
64.5
66
59
75
51
Z efectiva
810
810
912
7Resolución
Energía -511 keV
12.5
26
37
28
10
8.2
38
Luminosidad
(ph/KeV)
LuYAP
LuYAP
LPS
LPS
LYSO
LYSO
LSO
LSO
GSO
GSO
BGO
BGO
NaI
NaI
14
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
Fotomultiplicadores
Conve
rsió
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los
foto
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en e
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multi
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ism
os
Amplificación ~ 106
15
ESCÁNERES PET
ESCÁNERES PET
Fotomultiplicadores multiánodo
Se e
mple
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scánere
s P
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Ham
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8500 (rP
ET)
Lógica de Anger
Méto
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tera
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ánodo
Santia
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18/S
ept,
JMU
día
s
Cris
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s y
dete
ctore
s
17
LOS Límites de PET
LOS Límites de PET
Ejemplos de escáneres PET
de alta resolución rP
ET
eXplore
Vista
18
ÍNDICE
ÍNDICE
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
CALIDAD DE IMAGEN PET
�OBJETIVOS DEL TRABAJO
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
Santia
go E
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18/S
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s
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ón
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ón
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CT
PET
CRYSTAL 1
CRYSTAL 2
TUBE OF
RESPONSE
(TOR)
CRYSTAL 1
CRYSTAL 2
CRYSTAL 1
CRYSTAL 2
TUBE OF
RESPONSE
(TOR)
CRYSTAL1
CRYSTAL2
FIELD OF VIEW (FOV)
LINE OF
RESPONSE
(LOR)
CRYSTAL1
CRYSTAL2
FIELD OF VIEW (FOV)
CRYSTAL1
CRYSTAL1
CRYSTAL2
FIELD OF VIEW (FOV)
LINE OF
RESPONSE
(LOR)
LINE OF
RESPONSE
(LOR)
••Physical
Physical
Effects
Effects
Lim
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••Physical
Physical
Effects
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Signal-- toto-- Noise Ratio:
Noise Ratio:
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Counts
Counts
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D
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20
CALIDAD DE IMAGEN
CALIDAD DE IMAGEN
LOR(LineOf
Response)
Líneaqueunelos d
os d
etectoresen los
quese produce unacoincidencia
A p
artir
de losdatosacumuladossobre
estaslíneasde respuesta
se p
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reconstruirla imagen, utilizandolos algoritm
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Santia
go E
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18/S
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JMU
día
s
no colin
ealid
ad
dispersión
aleatoria
Problemas
22
CALIDAD DE IMAGEN
CALIDAD DE IMAGEN
Apilamiento y tiempo muerto
•Apilam
iento (pile-up): S
e p
roduce
la ll
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e u
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s
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
sProfundidad de la interacción
Solución
Problema
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Delayed Charge Integration (DCI) Method
Full Charge
Integration
Delayed Charge
Integration
I FI D
I F= [ exp(T/τ τττ) ] I D
0300 ns
time
0300 ns
time
T
Técn
ica P
hosw
ich
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
DOI PhoswichDiagram
I F
I D
GSO
(τ τ τ τ = 60 ns)
LYSO (τ τ τ τ = 40 ns)
GSO
scatter
pileup
LYSO
26
CALIDAD DE IMAGEN
CALIDAD DE IMAGEN
Profundidad de Interacción (DOI)
Phoswich
Phoswich dinámico
Obte
nci
ón d
e la
DO
I m
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separa
ción d
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‘virtu
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s LOR
TOR versu
s LOR
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OR
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LOR -Sim
ple Geo
metricalModel
Santia
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JMU
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OR
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Modela
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••Se
Se basa
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en un método
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de respuesta
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del
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18/S
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JMU
día
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Eje
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34
Un paso más allá
Un paso más allá
Imágenes de llenado de campo
(rPET: 30x30 cristales LYSO)
Llenad
o de campo: P
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tera
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Pile
-up
35
RESULTADOS
RESULTADOS
Imágenes de llenado de campo
(eXploreVista GE: 15x15 cristales LYSO-GSO)
Tota
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tera
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tera
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Pile
-up
36
RESULTADOS
RESULTADOS
Imágenes de llenado de campo
simuladas vsreales
rPET: 30x30 cristales LSO
Real
Sim
ula
do
Real
Sim
ula
do
eXplore
Vista GE: 13(15)x(13)15 cristales LSO-G
SO
37
RESULTADOS
RESULTADOS
Mapas de acierto en la identificación
(rPETy eXplore-Vista)
Mapa de bondad: R
epre
senta
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identif
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po
rPET: 30x30 cristales LSO
eXplore
Vista GE: 15x15 cristales LSO-G
SO
Map
as de bondad
y llenad
os de campo no son lo
mismo!!!
Se introduce esta inform
ación en la reconstrucción
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Mejora
Mejora
de la
de la calidad
calid
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con
estimaciones
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oLlenad
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ectro
Esp
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de Energía
Energía
Corazó
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de Ratón
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Coeficiente
Coeficiente
de
de
Recuperación
Recuperación
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go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
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s
Mejora de la cuan
tificación en estudios
Mejora de la cuan
tificación en estudios
PET dinám
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PET dinám
icos / gating
gating
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Santia
go E
fn08/
18/S
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JMU
día
s
Mejora de la
Mejora de lacu
antificación en estudios
cuan
tificación en estudios
PET dinám
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PET dinám
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gating
Gat
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: 3D
Viabilidad
miocárdica
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Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
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s
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Reco
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D-im
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with
FD
G.
42
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�OBJETIVOS
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
OBJETIVOS
OBJETIVOS
43
�INTRODUCCIÓN
�DESCRIPCION DE UN ESCÁNER PET
�FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CALIDAD DE IMAGEN
PET
�OBJETIVOS DEL TRABAJO
�MÉTODOS EMPLEADOS
�RESULTADOS
�CONCLUSIONES
MÉTODOS
MÉTODOS
44
MÉTODOS
MÉTODOS
Pen
eloPET
Es un entornode simulaciónde Montecarload
aptadoa la Tomografíapor
Emisiónde Positrones. Para la sim
ulaciónde la in
teracciónradiación-
materia
utiliza
PENELOPE y contien
esu
brutinas
propiasparala sim
ulación
del resto
de proceso
squetien
enlugar
en PET
Litrani
Es un códigode simulaciónbasad
oen
métodosde Monte-Carlo y diseñ
ado
parasimularla propag
aciónde luzvisible pormed
iosisótroposy
anisotropos
Herramientas empleadas
45
MÉTODOS
MÉTODOS
Código desarrollado
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46
RESULTADOS
RESULTADOS
Phoswich dinámico: Simulación de la producción de luz
con Litrani
•Caso
A: C
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l LSO
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B: C
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l LSO
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Caso
B
47
RESULTADOS
RESULTADOS
Phoswich dinámico: Estudio preliminar de la calidad de
imagen
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18/S
ept,
JMU
día
s
Si
Si --PMT Readout Systems and
PMT Readout Systems and
Tests with Small Crystals
Tests with Small Crystals
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
ADVANTAGES
ADVANTAGES
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DISADVANTAGES
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Si
Si --PMT
PMT
Santia
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18/S
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JMU
día
s
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R&D
R&D
20~
80%
70%
15%
QE
QE
$10
$30
$25
Price/channel
Price/channel
OK
OK
NO
B Filed
B Filed
1M
Hz
Very
Sensi
tive
<10
Hz
Noise
Noise
10
610
510
6Gain
Gain
50V
300V
1kV
HV
HV
MPPC (
MPPC (SiPM
SiPM))
APD
APD
PMT
PMT
Si
Si --PMT
PMT
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
CASE
CASE
SiPM SiPM
LYSO
LYSO
Optical
Optical
Grease
Grease
Reflector
Reflector
4 x
4 xHam
amatsu
Ham
amatsu
Si
Si --PMT
PMT
1.5 x 1.5 x 12
1.5 x 1.5 x 12
mm
mm
33
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
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from
100
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eV.
Ham
amatsu
Ham
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Si
Si --PMT
PMT
4 µ
s
3 V
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
5050-- C (400 Pixels)
C (400 Pixels) ––
22
22Na
Na
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511
FWHM @
511 keV
keV: 16 %
: 16 %
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Gain vs. Reverse Bias
Gain vs. Reverse Bias
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Dyn
amic Ran
ge
Dyn
amic Ran
ge
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
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de 3
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PMT
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
s
Dete
ctor de 2
5 u
m
Santia
go E
fn08/
18/S
ept,
JMU
día
sDete
ctor de 5
0 u
m: 14%
FW
HM
@
662
keV, en L
YSO
fre
nte
a 2
0%
con P
MTs
59
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
•Se han obtenido herramientas de
simulación realistas para arraysde
cristales centelleadores y
fotomultiplicadores multiánodo.
•Se propone y se obtienen resultados
simulados de un nuevo método para el
conocimiento de la DOI del fotón
incidente sin hardware adicional.
•Se han probado los SiPMsque ofrecen
enorme potencial para PET.