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Sistemas Electrónicos para Medicina Nuclear

Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular

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Los equipos de medicina nuclear emplean sensores de radiación muy específicos que precisan de sistemas electrónicos de acondicionamiento y adquisición de información de muy altas prestaciones.

La elevada densidad de salidas de dichos sensores, así como la velocidad de proceso necesaria para captar las señales que proporcionan obligan a adoptar soluciones de alta tecnología no disponibles a nivel comercial:

- La electrónica analógica necesaria para la conexión a bajo nivel del sensor así como para un procesado inicial que permita reducir la complejidad del sistema precisa de su integración en un ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica).

- El ratio elevado de información proporcionado por los sensores necesita de un sistema de adquisición de alta velocidad donde se conviertan las señales al dominio digital y se realice un procesado específico para obtener las características necesarias de las mismas. El uso de FPGAs (dispositivos lógicos programables) permite la modificación de los algoritmos mediante actualizaciones de firmware.

- Los métodos de reconstrucción de las imágenes tridimensionales a partir de la información proporcionada por el sistema de adquisición tienen un elevado coste computacional por lo que se emplean sistemas basados en GPU (Unidades de Procesamiento Gráfico) para acelerar estas tareas.

El Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular de la UPV ha diseñado dos circuitos integrados (PESIC y AMIC) que se están empleando en los sistemas actualmente bajo desarrollo y un sistema de adquisición compacto con capacidad para aplicaciones PET (tomografía por emisión de positrones).

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Nuclear medicine equipment makes use of very specific radiation sensors which need high-end front-end electronics and data acquisition systems. Due to the vast number of outputs provided by these sensors and the processing power needed to manage the huge amount of information, high-tech ad-hoc solutions are needed which cannot be commercially obtained:
- Analog front-end electronics, needed for low level connection with the sensor as well as for an initial preprocessing which allows a complexity reduction, has to be integrated in an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
- The high output data rates produced by the sensors need a high speed acquisition system to translate signals to the digital domain where specific processing can be carried out in order to obtain the desired information. The use of FPGAs (programmable logic devices) allows modifying algorithms by firmware upgrading.
- Three-dimensional image reconstruction algorithms which process information provided by data acquisition stage have a high computational cost so they are executed on GPU (Graphical Processing Units) based systems in order to accelerate these tasks.

Responsable científico

Herrero Bosch Vicente

Participantes

Martínez Pérez Jorge Daniel, Esteve Bosch Raul, Gadea Gironés Rafael, Herrero Bosch Vicente, Monzó Ferrer José María, Colom Palero Ricardo José, Toledo Alarcón José Francisco, Rodríguez Álvarez María José

Aplicaciones

Desarrollo de nuevos sensores para imagen médica nuclear. Desarrollo de circuitos integrados de tipo analógico y digital para Desarrollo de sistemas de adquisición y procesado de información de alta velocidad. Métodos de reconstrucción de imagen para entornos de medicina nuclear

Ventajas técnicas

Los sistemas desarrollados emplean una tecnología de sensor distinta a la utilizada por las empresas del sector como General Electric, Phillips o Siemens Health Care. Mediante un circuito integrado para la gestión de la información obtenida del sensor, los resultados son mejores a un coste sensiblemente inferior. A esto último hay que añadir los beneficios proporcionados por un sistema de adquisición desarrollado específicamente para esta aplicación y la posibilidad de realizar una reconstrucción de la imagen en una fracción del tiempo empleado por los sistemas comerciales actuales.

Beneficios que aporta

Los detectores y sistemas de adquisición diseñados por el grupo no están basados en soluciones comerciales y tienen un coste económico intrínsecamente inferior alcanzando iguales o mejores prestaciones. La reducción de costes es uno de los objetivos principales.

Experiencia relevante

El grupo ha diseñado dos circuitos integrados (PESIC y AMIC) que se están empleando en los sistemas actualmente bajo desarrollo y un sistema de adquisición compacto con capacidad para aplicaciones PET (tomografía por emisión de positrones).