[en] The central aim of this research is the simulation and the evaluation of a novel conceptual PET scanner based on pixelated CdTe detector in the framework of the Voxel Imaging PET (VIP) Pathfinder project. The novel design is simulated with the GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations (GAMOS) and including the expected CdTe and electronics specifics. The system is tested mostly following the prescriptions of the NEMA protocols for the evaluation of PET devices. Several tests are performed to assess the counting and the imaging performance of the VIP with the accurate modeling of the required experimental conditions. Furthermore, the VIP scanner is also evaluated in more challenging pseudo-clinical conditions with the simulation of the screening of a real human head. The simulation results show that the excellent energy resolution of the CdTe detectors (down to 1.6% for 511 keV photons at room temperature), together with the small voxel size (1 mm x 1 mm x 2 mm), the high CdTe stopping power, and the crack-free ring geometry, give the new design the potential to overcome the intrinsic limitations of state-of-the-art crystal PETs, characterized by relatively poor energy resolution (~10%) and large depth of interaction (DOI) uncertainty. The VIP scanner can achieve an image resolution as low as ~1 mm full width at half maximum (FWHM) in all directions and collect virtually noise-free data producing excellent quality images in extremely challenging conditions such as the screening of a human head. High quality images can be obtained with significantly smaller number of collected events with respect to the currently available PETs. This characteristic can be used to, either increase the throughput of a nuclear medicine hospital unit, or to decrease the injected dose per patient. This thesis consists of 6 main chapters. The first three chapters include a review of the theoretical and historical background of PET, and its role in the nuclear medicine nowadays. The VIP scanner geometry and its distinctive features are described in the chapter number 5. Chapter 6 describes the simulation of the VIP scanner and study of the counting performance of the new design, while the chapter 7 is dedicated to optimization of the image reconstruction technique and the assessment of the quality of images obtained with the VIP scanner. Finally, the main results are summarized in the conclusive chapter.

[es] El objetivo principal de esta investigación es la simulación y la evaluación de un nuevo concepto de escáner de tomografía por emisión de positrones (PET) basado en un detector pixelado de CdTe en el marco del proyecto "Voxel Imaging PET (VIP) Pathfinder". El diseño se ha simulado con el programa "GEANT4-based Architecture for Medicine-Oriented Simulations" (GAMOS). El sistema se ha examinado siguiendo las prescripciones de los protocolos NEMA para la evaluación de los dispositivos PET. Varias pruebas se han realizado para evaluar la eficiencia y la calidad de imagen del escáner simulando con precisión las condiciones experimentales requeridas. Por otra parte, el escáner VIP también ha sido evaluado en condiciones pseudo-clínicas con la simulación del escaneo de un cerebro humano. Los resultados de simulación muestran que la excelente resolución de energía de los detectores de CdTe (hasta 1,6% para fotones de 511 keV a temperatura ambiente), junto con el tamaño pequeño del vóxel (1 mm x 1 mm x 2 mm), el alto poder de frenado del CdTe, y la geometría del anillo libre de huecos, dan al nuevo diseño el potencial para superar las limitaciones intrínsecas de los PETs modernos caracterizados por la relativamente pobre resolución de energía de los detectores de centelleo (~10%) y gran incertidumbre de profundidad de interacción (DOI). El escáner VIP puede conseguir una resolución de imagen de hasta ~1 mm de FWHM en todas las direcciones y recoger datos con muy bajo ruido que producen imágenes de excelente calidad en condiciones extremadamente difíciles, como el escaneo de una cabeza humana. Se pueden obtener imágenes de alta calidad con considerablemente menor número de eventos adquiridos respecto a los PETs disponibles actualmente. Esta característica puede utilizarse tanto para aumentar el rendimiento de una unidad hospitalaria de medicina nuclear, como para disminuir la dosis inyectada por paciente. Esta tesis consiste de 6 capítulos principales. Los tres primeros incluyen una revisión de los conocimientos teóricos e históricos de PET, y su estado en la medicina nuclear en la actualidad. La geometría del escáner VIP y sus características distintivas están descritos en el capítulo 5. El capítulo 6 describe la simulación del escáner VIP y el estudio de los resultados de eficiencia del nuevo diseño, mientras que el capítulo 7 está dedicado a la optimización de la técnica de reconstrucción de imagen y la evaluación de la calidad de las imágenes obtenidas con el escáner VIP. Por último, los resultados principales están resumidos en el capítulo final.