GPU-based SPECT Reconstruction Using Reverse Monte Carlo Simulations

使用反向蒙特卡罗模拟进行基于 GPU 的 SPECT 重建

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract Interest in applications of radiopharmaceutical conjugates has notably increased in the last few years for the treatment of a variety of cancers. These conjugates are composed of chelators to target cancer cells and radionuclides to employ the cytotoxicity of ionizing radiation. Radiation dosimetry is required to determine the dosages, efficacy, and safety of these treatments, and 3D quantitative imaging of the biodistribution of activity represents the best tool to perform dosimetry. For most radionuclides employed (non-positron-emitters), SPECT imaging is needed for patient-specific dosimetry. However, multiple physical factors affect SPECT image quality, such as attenuation, scattering, or the response collimator-detector system in SPECT scans. To account for them, Monte Carlo techniques can be used due to their remarkable accuracy in representing physical processes relevant to the transport of ionizing radiation. In particular, 3D SPECT reconstruction from the acquired bidimensional projections may be obtained by transporting backward the photons detected in the gamma camera projections, although many photons to be reversely transported require specially optimized architecture and simulations. This project will develop a new reverse Monte Carlo software for SPECT reconstruction, built from scratch in the GPU to speed up simulations. First, only the relevant reverse physical processes will be selected and modeled using inverse processes of the well-characterized TOPAS Monte Carlo code for radiation transport. Then, specific properties of collimator-detector systems will be integrated into our code to determine the angular distributions for the photons detected. Finally, these developments will be integrated into a GPU-based platform and shared with the Informatics Technology for Cancer Research program at NCI for further results of specific commercial SPECT scans from the research community.
项目概要/摘要 过去几年,人们对放射性药物结合物应用的兴趣显着增加 治疗多种癌症。这些缀合物由针对癌细胞的螯合剂组成, 放射性核素利用电离辐射的细胞毒性。需要进行辐射剂量测定来确定 这些治疗的剂量、功效和安全性,以及活性生物分布的 3D 定量成像 代表执行剂量测定的最佳工具。对于大多数使用的放射性核素(非正电子发射体),SPECT 患者特异性剂量测定需要成像。然而,多种物理因素影响 SPECT 图像质量, 例如 SPECT 扫描中的衰减、散射或响应准直器-探测器系统。考虑到 由于蒙特卡罗技术在表示物理过程方面具有极高的准确性,因此可以使用它们 与电离辐射的传输有关。特别是,从获取的数据进行 3D SPECT 重建 二维投影可以通过向后传输伽马相机中检测到的光子来获得 投影,尽管许多要反向传输的光子需要特别优化的架构和 模拟。该项目将开发一种新的用于 SPECT 重建的反向蒙特卡罗软件,该软件由 在 GPU 中进行划痕以加快模拟速度。首先,只会选择相关的逆向物理过程 并使用辐射传输的 TOPAS Monte Carlo 代码的逆过程进行建模。 然后,准直器探测器系统的特定属性将被集成到我们的代码中以确定角度 检测到的光子的分布。最后,这些开发成果将集成到基于 GPU 的平台中 并与 NCI 的癌症研究信息学技术项目分享,以获取具体的进一步结果 来自研究界的商业 SPECT 扫描。

项目成果

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