Optimization of a gamma ray detection instrument for multimodal preclinical imaging SPECT/MR

This master thesis work concerns the optimizations of a complete stationary SPECT system. On the single Anger camera module, the purpose of the processing was to eliminate the causes that lead to the degradation of the reconstructed image quality. Improvements in the main evaluation indexes have been achieved: spatial resolution and FoV enlargement by using Statistical Reconstruction Methods based on the LRFs of the detectors; and energy resolution by implementing a single-peak local-spectra energy calibration validated by manufacturing an on-purpose collimator. Part of the work focused on experimental measurements at the San Raffaele Hospital in Milan, where a stationary SPECT system for pre-clinical use was tested. This machine, realized within the INSERT project, satisfies MR compatibility constraints providing a simultaneous acquisition multimodality scanner with MRI. The reconstructed tomographic images were evaluated for spatial resolution (sub 0.8 mm resolution), sensitivity (around 1100 cps/MBq) and energy resolution (around 12% at 140 keV). Problems with regard to maintaining the operating temperature were detected and countermeasures were taken.

Questo lavoro di tesi magistale riguarda l'ottimizzazione di un intero sistema SPECT stazionario. Sul singolo modulo di rilevazione ad Anger camera, lo scopo dell'elaborazione è stato eliminare le cause che portano al degrado della qualità dell'immagine ricostruita. Sono stati ottenuti miglioramenti nei principali indici di valutazione: risoluzione spaziale e allargamento del FoV utilizzando metodi di ricostruzione statistica basati sulle LRFs dei fotorivelatori; e la risoluzione energetica implementando una calibrazione energetica locale e monopicco convalidata grazie alla realizzazione di un collimatore adatto allo scopo. Parte del lavoro si è concentrata sulle misurazioni sperimentali presso l'Ospedale San Raffaele di Milano, dove è stato testato un sistema SPECT stazionario per uso preclinico. Questa macchina, realizzata nell'ambito del progetto INSERT, soddisfa i vincoli di compatibilità MR fornendo uno scanner multimodale integrato per acquisizioni simultanee con MRI. Le immagini tomografiche ricostruite sono state valutate per risoluzione spaziale (risoluzione inferiore a 0.8 mm), sensibilità (circa 1100 cps/MBq) e risoluzione energetica (circa 12% a 140 keV). Sono stati rilevati problemi nel mantenimento della temperatura e sono state adottate contromisure.