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Nuklearmedizin 2000; 39(03): 67-71
DOI: 10.1055/s-0038-1632247
Original Article
Schattauer GmbH

Evaluation of a Scatter Correction Technique for Single Photon Transmission Measurements in PET by Means of Monte Carlo Simulations

Evaluierung eines Ansatzes zur Korrektur der Streustrahlung bei Single-Photonen-Transmissionsmessungen in der PET anhand von Monte-Carlo-Rechnungen
K. Wegmann
1   Forschungsschwerpunkt Radiologische Diagnostik und Therapie, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg, Deutschland
,
G. Brix
2   Abteilung für Medizinische Strahlenhygiene, Institut für Strahlenhygiene, Bundesamt für Strahlenschutz, Neuherberg, Deutschland
› Author Affiliations
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Publication History

Eingegangen: 06 August 1999

in revidierter Form: 23 November 1999

Publication Date:
01 February 2018 (online)

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Summary

Purpose: Single photon transmission (SPT) measurements offer a new approach for the determination of attenuation correction factors (ACF) in PET. A major drawback of this method is the high fraction of scattered photons in the transmission sinogram resulting in a marked underestimation of the ACFs. It was, therefore, the aim of the present work, to evaluate a scatter correction algorithm proposed by C. Watson by means of Monte Carlo simulations. Methods: SPT measurements with a Cs-137 point source were simulated for a whole-body PET scanner (ECAT EXACT HR+) in both the 2D and 3D mode. To examine the scatter fraction (SF) in the transmission data, the detected photons were classified as unscattered or scattered. The simulated data were used to determine (i) the spatial distribution of the SFs, (ii) an ACF sinogram from all detected events (ACFtot) and (iii) from the unscattered events only (ACFunscottered), and (iv) an ACFcor = (ACFtot)l+k sinogram corrected according to the Watson algorithm. In addition, density images were reconstructed in order to quantitatively evaluate linear attenuation coefficients. Results: A high correlation was found between the SF and the ACFtot sinograms. For the cylinder and the EEC phantom, similar correction factors K were estimated. The determined values resulted in an accurate scatter correction in both the 2D and 3D mode. Conclusions: The algorithm proposed by Watson allows an accurate correction of scattered radiation in SPT measurements. The correction factor k can by determined experimentally using simple phantoms and then applied to more complex objects. SPT measurements should be performed in the 3D mode, in order to increase the total numb of counts and/or to reduce the measurement time.

Zusammenfassung

Ziel: Die Single-Photonen-Transmissions-(SPT-) Messung stellt einen neuen methodischen Ansatz zur Bestimmung der Abschwächungslängen (ACF) in der PET dar. Als problematisch erweist sich der Beitrag gestreuter Ereignisse zum Transmissions-Sinogramm, der zu einer deutlichen Unterschätzung der ACFs führt. Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung eines von C. Watson vorgestellten Streukorrekturalgorithmus anhand von Monte-Carlo-(MC-) Simulationen. Methoden: Für ein Ganzkörper-PET-System (ECAT EXACT HR+) wurden für den 2D- und 3D-Modus SPT-Messungen mit einer punktförmigen Cs-137-Transmissionsquelle simuliert, wobei zwischen ungestreuten und gestreuten Photonen unterschieden wurde. Aus den simulierten Daten wurde (i) die räumliche Verteilung des relativen Streustrahlungsanteils (SF), (ii) ein ACF-Sinogramm aus allen detektierten Photonen (ACFges) und (iii) aus den ungestreuten Photonen (ACFungestr , und (iv) ein nach dem Watson Ansatz ACFkorr= (ACFges)l+k korrigiertes Sinogramm berechnet. Darüber hinaus wurden die korrespondierenden Dichtebilder rekonstruiert und die linearen Abschwächungskoeffizienten quantitativ ausgewertet. Ergebnisse: Für das inhomogene EEC-Phantom ergab sich eine sehr gute Korrelation zwischen dem SF- und dem logarithmierten ACFges-Sinogramm. Die Auswertung der MC-Daten ergab für das Zylinder- und das EEC-Phantom sehr ähnliche Streukorrekturfaktoren. Die ermittelten K-Werte führten für das EEC-Phantom sowohl im 2D- als auch im 3D-Modus zu einer guten Streustrahlungskorrektur. Schlussfolgerungen: Der Watson-Algorithmus erlaubt eine hinreichend genaue Korrektur der Streustrahlung bei SPT-Messungen Der Korrekturfaktor K kann durch Messungen an einfachen Zylinderphantomen bestimmt und auf andere Messobjekte übertragen werden. SPT-Messungen sollten im 3D-Modus durchgeführt werden, um die Anzahl an Ereignissen zu verbessern und/oder um die Messzeit zu reduzieren.

Keywords

Positron emission tomography - single photon transmission measurements - scatter correction - Monte Carlo simulations

Schlüsselwörter

Positronen-Emissions-Tomographie - Single-Photonen-Transmissionsmessung - Streukorrektur - Monte-Carlo-Simulationen
 

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