Evaluación por Monte Carlo de los métodos de corrección de dispersión con empleando colimador pinhole / Monte Carlo evaluation of scattering correction methods in studies using pinhole collimator

La dispersión es un efecto significativo a corregir para la cuantificación de actividad. El objetivo del trabajo fue estimar la influencia de la dispersión en estudios de tiroides con 131I y colimador pinhole (5 mm) empleando el método de Monte Carlo (MC) y evaluar la eficacia de los métodos de corrección de múltiples ventanas en este tipo de estudios. Para simular la geometría de la cámara gamma y el estudio de tiroides se utilizó el código de Monte Carlo GAMOS. Para validar la geometría del cabezal se simuló y verificó experimentalmente un maniquí de tiroides, comparando la sensibilidad estimada con la medida, experimentalmente en agua y aire. Para evaluar la influencia de la dispersión a escala clínica se simularon diferentes tamaños de tiroides y profundidades del tejido, se estimaron y compararon los resultados de los métodos de Triple Ventana, Doble Ventana y Doble Ventana Reducida. Se calcularon las diferencias relativas al valor de referencia obtenido por MC. La geometría modelada fue verificada y validada. La contribución de la dispersión a la imagen fue significativa y se ubicóentre el 27 y 40 % a escala no clínica. Las discrepancias de los resultados de los diferentes métodos de corrección de dispersión a escala clínica fueron significativas (p>95 %) y estuvieron en el rango entre 9 y 86 %. El método de mejores resultados fue el de la Doble Ventana Reducida (15 %) que mostró discrepancias entre 9 y 16 %. Se concluyó que el método de la Doble Ventana Reducida (15 %) fue el más eficiente de los estudiados

Scattering is quite important for image activity quantification. In order to study the scattering factors and the efficacy of 3 multiple window energy scatter correction methods during 131I thyroid studies with a pinhole collimator (5 mm hole) a Monte Carlo simulation (MC) was developed. The GAMOS MC code was used to model the gamma camera and the thyroid source geometry. First, to validate the MC gamma camera pinhole-source model, sensibility in air and water of the simulated and measured thyroid phantom geometries were compared. Next, simulations to investigate scattering and the result of triple energy (TEW), Double energy (DW) and Reduced double (RDW) energy windows correction methods were performed for different thyroid sizes and depth thicknesses. The relative discrepancies to MC real event were evaluated. Results: The accuracy of the GAMOS MC model was verified and validated. The image’s scattering contribution was significant, between 27-40 %. The discrepancies between 3 multiple window energy correction method results were significant (between 9-86 %). The Reduce Double Window methods (15%) provide discrepancies of 9-16 %. Conclusions: For the simulated thyroid geometry with pinhole, the RDW (15 %) was the most effective

Estudio de la transferencia de calor en un octavo del conjunto combustible del reactor nuclear de alto desempeño refrigerado por agua supercrítica / Heat transfer study in one eighth of the high performance supercritical water-cooled reactor fuel assembly

El reactor nuclear de agua ligera de alto desempeño es la versión europea del reactor refrigerado por agua supercrítica, propuesto como uno de los candidatos para la Generación IV de reactores nucleares. En este trabajo se evaluó la capacidad para predecir el comportamiento de la transferencia de calor hacia el agua supercrítica en los subcanales de 1/8 del conjunto combustible del HPLWR, mediante códigos de la Dinámica de Fluidos Computacional utilizando dos modelos de turbulencia: el modelo de esfuerzos de Reynolds, desarrollado por Speziale y el modelo k-ω de transporte de esfuerzos cortantes. Se realizó un estudio de sensibilidad de malla que garantizó la independencia de los resultados numéricos respecto del tamaño y distribución de los elementos de la malla. Se calcularon las distribuciones axiales de temperatura en la envoltura y en los elementos combustibles, además de las distribuciones de temperatura del agua en la zona refrigerante y en la zona moderadora. Se compararon los resultados de los dos modelos de turbulencia y se mostró que no se obtuvo ninguna diferencia apreciable en los valores de la temperatura promedio del agua supercrítica calculada con los modelos de turbulencia utilizados. Sin embargo, los resultados numéricos utilizando el modelo de turbulencia SST mostraron mayores valores de temperatura del combustible y de temperatura superficial de la envoltura de los elementos combustibles que los calculados con el modelo SSG

The high-performance light-water nuclear reactor is the European version of the supercritical water-cooled reactor, proposed as one of the candidates for Generation IV of nuclear reactors. This paper assesses the ability to predict the heat transfer behavior to supercritical water in the sub-channels of the 1/8 HPLWR fuel assembly by codes of Computational Fluid Dynamics using two models of turbulence (the Reynolds stress model developed by Speziale and the k-ω shear stress transport model). A mesh sensitivity study was performed to guarantee the independence of the numerical results regardless the size and distribution of the mesh elements. Temperature distributions were calculated in the fuel rods, in the clad, and in water both in the cooling zone and moderator zone. The results of the two turbulence models were compared. No appreciable difference was obtained in the values of the supercritical water average temperature calculated with the turbulence models used. However, the numerical results using the SST turbulence model show higher values regarding the temperature of both fuel rods and clad surface compared to those calculated with the SSG model

Pet-Compton system. Comparative evaluation with PET system using Monte Carlo simulation / Sistema Pet-compton. Evaluación comparativa con el sistema PET usando la simulación por Monte Carlo

Positron Emission Tomography (PET) in small animals has actually achieved spatial resolution round about 1 mm and currently there are under study different approaches to improve this spatial resolution. One of them combines PET technology with Compton Cameras. This paper presents the idea of the so called "PET-Compton" systems and has included comparative evaluation of spatial resolution and global efficiency in both PET and PET-Compton system by means of Monte Carlo simulations using Geant4 code. Simulation was done on a PET-Compton system made-up of LYSO-LuYAP scintillating detectors of particular small animal PET scanner named "Clear-PET"and for Compton detectors based on CdZnTe semiconductor. A group of radionuclides that emits a positron (e+) and Y quantum almost simultaneously and fulfills some selection criteria for their possible use in PET-Compton systems for medical and biological applications were studied under simulation conditions. By means of analytical reconstruction using SSRB (Single Slide Rebinning) method were obtained superior spatial resolution in PET-Compton system for all tested radionuclides (reaching sub-millimeter values of for 22Na source). However this analysis done by simulation have shown limited global efficiency values in "PET-Compton" system (in the order of 10-5 - 10-5 %) instead of values around 5-10-1% % that have been achieved in PET system.

En la actualidad la tomografía por emisión de positrones (PET en pequeños animales ha alcanzado valores de resolución espacial cercanos a mm y en estos momentos se encuentran bajo estudio diferentes aproximaciones para mejorar dicha resolución espacial. Una de ellas combina la tecnología PET con las cámaras Compton. Este trabajo presenta la idea del denominado Sistema "PET-Compton" e incluye una evaluación comparativa de la resolución espacial y la eficiencia global de los sistemas PET y PET-Compton por medio de la simulación por Monte Carlo, utilizando el código Geant4. La simulación fue realizada en un sistema PET-Compton compuesto por detectores centellantes de LYSO-LUYAP de un específico y pequeño escáner PET denominado "Clear-PET" y para detectores Compton en base al semiconductor CdZnTe. Se estudiaron bajo las condiciones de simulación un grupo de radionúclidos que emiten un positrón (e+) y un cuanto gamma casi simultáneamente y cumplen ciertos criterios de selección para su posible utilización en aplicaciones médicas y biomédicas de los sistemas PET-Compton. Por medio de la reconstrucción analítica, empleando el método de reordenamiento de cortes simples (SSRB) se obtuvo una resolución espacial superior para el sistema PET-Compton en todos los radionúclidos de prueba, que alcanzó valores por debajo del milímetro para la fuente de 22Na. Sin embargo, el análisis realizado por medio de la simulación demostró valores limitados de eficiencia global para el sistema PET-Compton (del orden de 10-5-10-5%) en contraposición a los valores cercanos a 5-10-1 % que se alcanzaron para el sistema PET.

Análisis comparativo de la sensibilidad del escáner rSPECT usando GAMOS: nueva interfaz de Geant4 / Comparative analysis of the scanner rSPECT sensitivity: using GAMOS a newGeant4-based framework

La obtención de imágenes moleculares de procesos celulares in vivo mediante estudios preclínicos con animales y técnica SPECT constituye una de las razones fundamentales para el diseño de nuevos dispositivos con resolución espacial mínima. Como herramienta auxiliar, la simulación vía Monte Carlo ha permitido la caracterización y optimización de dichos sistemas de imagen médica de manera efectiva. Actualmente, se cuenta con una nueva plataforma de simulación llamada GAMOS (GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations); herramienta, cuyo código, librerías y método de transporte de partículas corresponden a los desarrollados por GEANT4, la cual contiene aplicaciones específicas de medicina nuclear. Esta herramienta ha sido validada mediante comparación con datos experimentales para la técnica PET, no siendo así con la técnica SPECT. El presente trabajo demuestra las potencialidades de GAMOS para generar datos simulados realistas con este tipo de técnica de imagen nuclear. Para ello se realizó la simulación de una instalación novedosa, "rSPECT", dedicada al estudio con roedores que fue previamente validada experimentalmente. El estudio comprendió las geometrías de colimación y detección, así como las características fundamentales de las mediciones experimentales publicadas para la instalación rSPECT: estudios con 99mTc y una ventana energética del 20%. Los valores de sensibilidad obtenidos mediante simulación mostraron coincidencia aceptable con los valores experimentales. Se concluye que la simulación muestra buena concordancia con los datos reales lo que permite estimar el comportamiento de la nueva plataforma de simulación de GEANT4 "GAMOS" en aplicaciones SPECT y demuestra, que es factible la reproducción de sus datos experimentales.

The molecular imaging of in vivo cellular processes using preclinical animal studies and SPECT technique is one of the main reasons for the design of new devices with high spatial resolution. As an auxiliary tool, Monte Carlo simulation has allowed the effective characterization and optimization of those medical imaging systems. At present there is a new simulation framework called GAMOS (GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations); which code, libraries and particle transport method correspond to those developed by GEANT4 and contains specific applications for nuclear medicine. This tool has been already validated for PET technique by comparison with experimental data, while not yet been done the correct evaluation of GAMOS for SPECT systems. Present work have demonstrated the potential of GAMOS in obtaining simulated realistic data using this nuclear imaging technique. For this purpose, simulation of a novel installation "rSPECT", devote to study rodents, has been done. The study comprises the collimation and detection geometries and the fundamental characteristics of the previuos published experimental measurements for rSPECT installation. Studies have been done using 99mTc and 20% energy window. Sensitivity values obtained by simulation revealed an acceptable agreement with experimental values. Therefore we can conclude that simulation results have shown good agreement with the real data. This fact allowed us to estimate the behavior of the new GEANT4 simulation platform "GAMOS" in SPECT applications and have demonstrated the feasibility of reproducing experimental data.