velikost textu

Algorithms for multimodal radiography with novel imaging detectors.

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Algorithms for multimodal radiography with novel imaging detectors.
Název v češtině:
Algoritmy pro multi-modální radiografii s novými zobrazovacími detektory.
Typ:
Disertační práce
Autor:
Ing. Daniel Tureček, Ph.D.
Školitel:
RNDr. Luděk Šefc, CSc.
Oponenti:
Lukas Tlustos, Dr.
Ing. Vladimír Linhart, Ph.D.
Konzultant:
Ing. Jan Jakůbek, Ph.D.
Id práce:
183398
Fakulta:
1. lékařská fakulta (1.LF)
Pracoviště:
Ústav patologické fyziologie 1. LF UK v Praze (11-00180)
Program studia:
Zobrazovací metody v lékařství (P5150)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
20. 2. 2020
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
Zobrazování v medicíně, Medipix, Timepix3, SPECT, PET, Compton camera
Klíčová slova v angličtině:
Medical Imaging, Medipix, Timepix3, SPECT, PET, Compton camera
Abstrakt:
Abstrakt Zobrazování v medicíně je technika, která nám umožňuje bez operativních zásahů vizua- lizovat vnitřní struktury lidského těla, abychom mohli diagnostikovat nemoci. Umožňuje nám taky monitorování fyzikálních procesů a funkcí různých orgánů v těle. Obor medi- cínského zobrazování obsahuje širokou škálu metod založených na různých fyzikálních principech. Součástí tohoto oboru jsou i metody používající ionizující záření. Kvalita na- měřených snímků silně závisi na použitých zobrazovacích detektorech. Existuje celá řada různých typů detektorů, od čistě analogových (filmy) až po plně digitální detektory jako jsou flat panely, které jsou v dnešní době nejrozšířenější. Novější typy dektorů využívají technologie počítání fotonů a nejmodernější experimentální detektory jako například Me- dipix jsou schopné detekovat a analyzovat jednotlivé fotony. Tato práce studuje vlastnoti, parametery a možné aplikační využití nejvnovejšího detek- toru Timepix3 z rodiny detektorů Medipix v různých zobrazovacích modalitách. Nejprve byl vyvinut nový vyčítací hardware a akviziční software společně s novými kalibračními a korekčními metodami. Poté byly postupně prozkoumány různé módy Timepix3 detek- toru: velmi rychlá spektrální radiografie, která demonstruje velmi rychlé měření "barev- ných"rentgenových obrázků; jednofotovná emisní výpočetní tomografie (SPECT), která demonstruje výhody Timepix3 detektoru jako: potlačení nežádoucího signálu, vysoké roz- lišení a energetická citlivost. Pozitronová emissní tomografie (PET) aplikace pak využívá časového měření k nalezení koincidenčních gamma událostí z anihilace positronů. Ener- getické měření navíc pomáhá potlačit nežádoucí signál až o dva řády. V poslední části práce je pak studován koncept Comptonovy kamery a je prezentován design vícevrstvé a miniaturní jednovrstvé Comptnovy kamery. Vyhodou těchto kamer je až 6 krát lepsí rozlišení oproti současným gamma kamerám, malé rozměy (velikost USB flash klíčenky) a malá hmotnost (jen 15 g). Především však kamery nevyžadují žádný kolimátor nebo stínění. Tato práce ukazuje, že detektory čítající jednotlivé fotony, jako například Timepix3, umož- ňují zásadně zlepšit kvalitu snímků v medicínském zobrazování. Otevírají také nové zob- razovací modality a aplikace. Klíčová slova: Zobrazování v medicíně, Medipix, Timepix3, SPECT, PET, Compton ka- mera
Abstract v angličtině:
Abstract Medical imaging is a technique that allows us to visualize non surgically the internal structure of the human body in order to diagnose or treat medical conditions. It permits also monitoring of physical processes or functions of different organs inside the body. The medical imaging encompasses wide range of techniques based on different physical prin- ciples, including techniques using ionizing radiation. The quality of the images depends significantly on the quality of the used imaging detectors. There are many types of the detectors, from old analog devices (e.g. films) to fully digital detectors such as flat panels, that are the most widely used today. The newer technology is being developed and the techniques such as photon counting explored. However, the state of the art technology is the single photon counting, where the experimental detectors such as Medipix are able to count and process each individual photon. This works studies the properties, features and applications of the newest detector from the Medipix family Timepix3 in different imaging modalities. Firstly, a design of a new hardware readout interface for Timepix3 is presented together with data acquisition software and new analysis and calibration algorithms. Then, different applications of Timepix3 detector were explored: very fast full spectral radiography - demonstrates a very fast measurement of "color" X-ray radiography. Single Photon Emission Tomography (SPECT) - benefited from using Timepix3 detector with suppression of unwanted signal, high resolution and energy sensitivity. The Positron Emission Tomography (PET) appli- cations exploited the timing properties of Timepix3 to find coincidence gammas from positron annihilation as well as energy properties that helped to suppress massively the unwanted signal (by two orders of magnitude). Finally, application of the Compton cam- era concept has been studied. A multilayer and a miniaturized single layer Compton cameras designs are presented. The main advantage of these cameras is the possibility to avoid collimator in SPECT imaging and increase vastly sensitivity of the method. We have also proved other advantages of these cameras: times better resolution compared to the conventional gamma cameras, small dimensions (USB flash stick size), and weight (only 15 g). This work also demonstrates that the use of single photon counting detectors such as Timepix3 significantly improved the quality of images in medical imaging and could even open in the future new imaging modalities and applications that were not possible be- fore. Keywords: Medical Imaging, Medipix, Timepix3, SPECT, PET, Compton camera
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Ing. Daniel Tureček, Ph.D. 30.06 MB
Stáhnout Příloha k práci Ing. Daniel Tureček, Ph.D. 11.48 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Ing. Daniel Tureček, Ph.D. 68 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Ing. Daniel Tureček, Ph.D. 66 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Ing. Daniel Tureček, Ph.D. 8.07 MB
Stáhnout Posudek vedoucího RNDr. Luděk Šefc, CSc. 197 kB
Stáhnout Posudek oponenta Lukas Tlustos, Dr. 26 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Vladimír Linhart, Ph.D. 2.77 MB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby doc. MUDr. Andrea Burgetová, MBA, Ph.D. 1.73 MB