Experimental validation of gallium production and isotope-dependent positron range correction in PET

Abstract

Positron range (PR) is one of the important factors that limit the spatial resolution of positron emission tomography (PET) preclinical images. Its blurring effect can be corrected to a large extent if the appropriate method is used during the image reconstruction. Nevertheless, this correction requires an accurate modelling of the PR for the particular radionuclide and materials in the sample under study. In this work we investigate PET imaging with 68Ga and 66Ga radioisotopes, which have a large PR and are being used in many preclinical and clinical PET studies. We produced a 68Ga and 66Ga phantom on a natural zinc target through (p,n) reactions using the 9-MeV proton beam delivered by the 5-MV CMAM tandetron accelerator. The phantom was imaged in an ARGUS small animal PET/CT scanner and reconstructed with a fully 3D iterative algorithm, with and without PR corrections. The reconstructed images at different time frames show significant improvement in spatial resolution when the appropriate PR is applied for each frame, by taking into account the relative amount of each isotope in the sample. With these results we validate our previously proposed PR correction method for isotopes with large PR. Additionally, we explore the feasibility of PET imaging with 68Ga and 66Ga radioisotopes in proton therapy. © 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

El rango de positrones (PR) es uno de los factores importantes que limitan la resolución espacial de las imágenes preclínicas de tomografía por emisión de positrones (PET). Su efecto de desenfoque puede corregirse en gran medida si se utiliza el método apropiado durante la reconstrucción de la imagen. Sin embargo, esta corrección requiere un modelado preciso del PR para el radionucleido y los materiales particulares en la muestra en estudio. En este trabajo investigamos las imágenes PET con radioisótopos 68Ga y 66Ga, que tienen un PR grande y se están utilizando en muchos estudios preclínicos y clínicos de PET. Produjimos un fantasma de 68Ga y 66Ga en un objetivo de zinc natural a través de reacciones (p, n) utilizando el haz de protones de 9 MeV suministrado por el acelerador de tandetrón CMAM de 5 MV. El fantasma se grabó en un escáner PET / CT de animales pequeños ARGUS y se reconstruyó con un algoritmo iterativo completamente 3D, con y sin correcciones PR. Las imágenes reconstruidas en diferentes marcos de tiempo muestran una mejora significativa en la resolución espacial cuando se aplica el PR apropiado para cada marco, teniendo en cuenta la cantidad relativa de cada isótopo en la muestra. Con estos resultados, validamos nuestro método de corrección de PR propuesto previamente para isótopos con PR grande. Además, exploramos la viabilidad de la imagen PET con radioisótopos 68Ga y 66Ga en la terapia de protones.