Digitalização – reconstrução dos acontecimentos

A digitalização é o processo de simulação da resposta electrónica de um detector

dentro de um scanner. Este processo envolve a conversão da partícula carregada e das interacções dos fotões dentro das gamas de energia, detecções de posições e coincidên- cias. Para este processo ser realizado, têm que existir os detectores sensíveis (sensitive

detectors) que são responsáveis por fazer o registo de interacções. Os registos destas

interacções são depois processados pelo canal digitalizador (digitizer chain) (175).

3.4.3.4.1. Detectores sensíveis

Os detectores sensíveis são utilizados para armazenar a informação resultante das interacções das partículas dentro dos volumes (hits). O GATE apenas armazena os hits nos volumes que tenham detectores sensíveis acoplados.

Segundo Jan, S. et al. (166) em GATE existem dois tipos: o cristal detector sensível (crystal sensitive detector – crystalSD), que é utilizado para gerar hits de interacções ocorridas dentro das porções do detector do scanner e o fantôma detector sensível

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(phantom sensitive detector – phantomSD), que é usado para detectar e contabilizar as interacções de Compton e Rayleigh ocorridas dentro do campo de visão.

3.4.3.4.2. Canal Digitalizador

O canal digitalizador reproduz um processo de detecção realista construindo as observações físicas a partir dos hits. As observações de cada evento detectado incluem a posição, a energia e o tempo de interacção. Desta forma, o canal digitalizador transfor- ma a lista de hits recebidos pelos detectores sensíveis em impulsos individuais (singles).

Os elementos fundamentais do canal digitalizador são: o adicionador de hits (hit

adder), o leitor de impulsos (pulse reader) e por último os diferentes módulos do utili-

zador.

Uma partícula que entra num detector sensível pode gerar múltiplos hits, por exem- plo, um raio gama que interage dentro de um cristal de cintilação pode gerar hits que correspondem a vários eventos de dispersão de Compton e absorção fotoeléctrica. Neste caso o adicionador de hits irá somar a totalidade da energia depositada por esses hits que ocorreram dentro de um mesmo volume sensível e, posteriormente, irá transformá- los num impulso. A posição do impulso é calculada, tendo por base a posição do cen- tróide de ponderação de energia das posições dos hits e o tempo do impulso é determi- nado pelo primeiro hit que ocorre dentro desse volume. Se uma partícula interage em vários detectores sensíveis, o adicionador de hit irá gerar uma lista de impulsos, um por cada detector sensível.

O módulo leitor de impulso soma os impulsos dentro de um grupo de detectores sen- síveis definidos pelo utilizador. Assim, obtém-se um impulso que contém a energia total depositada dentro do grupo de detectores sensíveis. A posição deste impulso é fixada para ser igual ao impulso que vem do adicionador de hit com a maior energia. Após o módulo de adição e de leitura dos hits, há que transformar os impulsos em singles, isto é, em observações físicas do tomógrafo. A transformação é o resultado da resposta do detector e, como tal, deverá incluir o comportamento do fotodetector, da electrónica e do sistema de aquisição (c.f. figura 30). Os módulos que permitem esta transformação denominam-se de: resolução em energia, resolução temporal, janela de energia, resolu- ção espacial e tempo morto.

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Figura 30. Representação das interacções de um fotão dentro de um cristal cintilador pixelizado, no qual têm lugar três interacções. O adder agrupa as duas interacções que têm lugar no mesmo pixel, for- mando um impulso, seguidamente o reader agrupa os dois impulsos que têm lugar no cristal cintilador, sem distinção do pixel, para formar um só impulso. A energia atribuída ao impulso final corresponde à soma das energias depositadas em cada interacção (se as interacções tiveram lugar no cristal).Imagem adaptada de Lazaro D (19).

O módulo de Resolução em Energia simula uma distribuição gaussiana característica do espectro energético do impulso. Desta forma, introduz-se uma resolução característi- ca pela FWHM, R0, a uma determinada energia, E0. A análise de um processo de Pois-

son permite verificar que a resolução é uma função de energia, R (E) que, por sua vez, é

proporcional a 1/E.

A resolução em energia, R, é definida por (175):

E E R

R 0 0 Eq. 21

A resolução de uma distribuição gaussiana determinada pela média, m, e pelo desvio padrão,  , é definida por:

Eq. 22

O módulo de resolução temporal funciona de forma idêntica ao módulo de resolução em energia só que usa o tempo em vez da energia.

O módulo de Janela de Energia permite fixar limiares de energia para várias janelas de energia de aquisição. O limiar de energia inferior representa um limiar de resposta abaixo do qual o detector permanece inactivo, enquanto o limiar de energia superior representa, a energia máxima que o sistema conseguirá detectar. Em SPECT, a defini- ção da janela de energia, é fundamental para a redução do fenómeno de dispersão, para a sensibilidade e, intrinsecamente, para o processo de reconstrução de imagem.

O módulo de Resolução Espacial em SPECT é modelado usando uma distribuição

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lução espacial intrínseca e a resolução espacial do cristal, poder-se-á determinar a reso- lução espacial associada correspondente, através da seguinte fórmula:

2 2

sec

intrin a cristal a

electrónic

FWHR

FWHR

FWHR





O módulo de Tempo Morto, também designado de tempo de resolução do impulso, relaciona-se com o tempo necessário para processar eventos individuais detectados. Assim, os sistemas de detecção de radiação podem ser classificados segundo duas cate- gorias distintas: sistemas paralisáveis e não-paralisáveis. No primeiro caso, o sistema não conseguirá recuperar, a sua sensibilidade até terminar o processamento do evento. Assim, se a taxa de contagem for excessivamente elevada, o sistema poderá não conse- guir recuperar a sua sensibilidade e consequentemente, deixará de ser útil. Na segunda categoria, os eventos serão perdidos se ocorrem durante um determinado período de tempo, durante o qual o sistema se encontra a processar um evento antecedente.