Société de médecine nucléaire de l'ouest - TEP et TEMP … · 2019. 3. 8. · • Circuit...

TEP et TEMP numériquesComment et pourquoi?Comment et pourquoi?

SMNO-Belle île 2018

1998 2006 2015

1995 2000 2004 2008 2016-2017

1998 2006

1er PET-CT commercial

1er PET-CT TOF

1er PET-CT SiPM

Caméras CZT TEP numériques

Rappels gamma caméra Anger Aspects Technologiques Applications

RAPPELS GAMMA CAMERA ANGER

08/03/2019 4

Cherry SR et Al. Physics in nuclear medicine. 4th ed.

Circuit d’énergie :

U (V) E (keV)

08/03/2019 55

X Amplification (gain) =

140 keV

141 keV

• Circuit de localisation (triangulation de l’impact):

08/03/2019 66

1 23 132

∆E largeur à mi-hauteur

• Résolution énergétique

08/03/2019 77

*100 %E

12~ER E

Résolution spatiale intrinsèque: RI

Cristal NaI(Tl)

scintillations

• Résolution spatiale

08/03/2019 88

Rayons γ

scintillations

RI = étendue spatiale de la gerbe de scintillation

Résolution spatiale collimateur parallèle: Rc

Résolution spatiale système: Rs

08/03/2019 99

He hauteur effective du collimateur

e diamètre trou

d distance source

22CIS RRR +=

H hauteur collimateur

e diamètre trou

ε épaisseur cristal

d distance source

Efficacité géométriqueRésolution spatiale

Qualité de l’image

scintigraphique

Résolution spatiale

Contraste Bruit statistique

08/03/2019 11

Type de Collimateur

Distance source détecteur

Détecteur (Ri)Distribution du

traceur Rayonnement

diffusé

Milieu diffusantEnergie du

rayonnementRésolution

énergétique

Temps d’acquisition

Activité Sensibilité

Type de collimateur

Type de détecteur

GAMMA CAMERAS CZTAspects Technologiques

Brochure GE Healtcare Discovery MN/CT 670 CZT

N paires électrons trous= E/wE: énergie déposée (PhotoE ou Compton)w: énergie moyenne de création de paires

w: énergie moyenne de création de paires

Q (charge créée) = eE/w

Del Sordo et Al. Sensors 2009, 9, 3491-3526; doi:10.3390/s90503491

Efficacité de détection = NaI(tl)

Résolution Energétique = 6%(140kEv) vs 10%

Contraste amélioré (Compton) Détectabilité améliorée (CNR)

Ljungberg M, Pretorius PH. SPECT/CT: an update on technological developments and clinical applications. Br J Radiol. (2018) 91:20160402. doi: 10.1259/bjr.20160402

08/03/2019 16

Slomka PJ, Berman DS, Germano G. New cardiac cameras: single-photon emission CT and PET. Semin Nucl Med. 2014;44(4):232–51

Détecteur pixélisé : Meilleure RS

Ne sature pas aux forts taux de comptage (faible temps mort)

Petits : permet des géométries originales

Slomka et Al. 2014

Petits : permet des géométries originales

Géométries originales: distance patient/détecteur optimisée (meilleure RS)

Géométries originales: meilleur échantillonnage angulaire en SPECT (meilleure RS)

Caméras CZT corps entierGE Dicovery MN/CT 670 CZT ; 870 CZT

• Contraste ++

• RS +

• 1 gamme énergie

08/03/2019 18

https://youtu.be/GaS2kzCF1Jo

• RS +

• Sensibilité +

• Permet 2D

• Caméra « classique »

énergie

• Caméra « classique »

• Contraste ++

• 1 gamme

Caméras CZT corps entierSpectrum Dynamics Veriton

• Contraste ++

• RS ++

• Sensibilité Tomographique +++

• 1 gamme énergie

• Pas de 2D

08/03/2019 19

Performances Caméra d’Anger Caméra CZT Caméra CZT

NEMA NU-1 2007/2012 Discovery 670 ES Discovery NM/CT 670 Veriton-CT*

Plage d'énergie 40-620 keV 40-250 keV 40-220 keV**

Résolution en énergie intrinsèque 9,5% à 140,5 keV ≤ 6,3% à 140,5 keV < 6% à 140,5 keV

Réso spatiale intrinsèque 3,8 mm 2,46 mm 2,46 mm

Uniformité intégrale 3,60% 3% 1,80%

Uniformité différentielle 2,30% 2% 0,46%

08/03/2019 20

Sensibilité de détection 10 cm Tc99m - LEHR

72 cps/MBq 85 cps/MBq 192 cps/MBq

Taux de comptage maximum 460 kcps/sec 650 kcps/sec 3000 kcps/sec

RS mode tomo avec milieu diffusant Bone SPECT

- centrale ≤ 9,9 mm ≤ 10,9 mm ≤ 6,4 mm ≤ 4,3 mm

- radiale ≤ 9,9 mm ≤ 10,9 mm ≤ 5,7 mm ≤ 3,7 mm

- tangentielle ≤ 7,5 mm ≤ 7,5 mm ≤ 5,1 mm ≤ 3,2 mm

L Imbert, Performances des cameras czt corps entier, APARAMEN 2017

Multi pin-hole SPECT

08/03/2019 21

Hutton, B.F., Erlandsson, K. & Thielemans, K. Clin Transl Imaging (2018) 6: 31. https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0

08/03/2019 22

Hutton, B.F., Erlandsson, K. & Thielemans, K. Clin Transl Imaging (2018) 6: 31. https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0

GAMMA CAMERAS CZTApplications

Ljunberg 2016

Courtesy of Spectrum dynamics

26Courtesy of Spectrum dynamicsCourtesy of Pr. Agostini, CHU Caen, France

Rappels techno TEP + TOF SiPM PET Applications

TEP « ANALOGIQUES »Rappels technologiques, temps de vol

08/03/2019 28

08/03/2019 29

08/03/2019 30

objet• Rétroprojection filtrée

08/03/2019 31

2 4 8 16 32

Projection de l’image estimée

Comparaison de

• Reconstruction itératives

3208/03/2019 3

Comparaison de l’estimation et des projections

mesurées

Calcul d’un facteur de correction

Mise à jour de l’image estimée 1 Itération

Le nombre d’itérations fait se rapprocher de la solution (convergence)Le bruit augmente avec le nombre d’itérations: arrêt prématuré et/ou post filtrage

• Reconstruction itératives

08/03/2019 33

• PSF

08/03/2019 34

• PSF

08/03/2019 35

Performance d’une caméra

Résolution spatiale

Sensibilité brute

08/03/2019 36

Taille du pixel de cristal

Diamètre de l’anneau

Libre parcours moyen

Reconstruction

Paramètres PSF

Épaisseur du cristal

Axial FOVType de

détecteurDiamètre de

l’anneau

• Temps de vol (Time of flight, TOF)

08/03/2019 37

• Rétroprojection simple sans/avec temps de vol

08/03/2019 38

Valable pour un fantôme uniforme en FBP…

Fonction utilisée

08/03/2019 39

Fonction utilisée pour définir la sensibilité efficace

• TOF

08/03/2019 40

• GE QClear®

08/03/2019 41

Technologie temps de vol

Dépend: En FBP En OSEM

Résolution temporelle

Diamètre du patient

Taux de comptage Améliore le SNR

Convergence plus rapide (contraste T/fond élevé avec bruit plus faible)

Meilleur contraste/moins

de bruit sur lésions

Meilleure détectabilité avec

même temps d’acquisition

Temps d’acquisition plus

court avec détectabilité =

Meilleure détectabilité sur

patient large

détectabilité plus homogène selon la largeur du patient

08/03/2019

TEP « NUMÉRIQUES »SiPM PET

• APD

Avalanche Photo Diodes• Semiconducteur (paires électrons trous)• Forte ddp: les electrons créés en créent d’autres sur le passage•Non sensible aux champs magnétiques (Pet-MR)

08/03/2019 44

Vandenberghe S, Marsden PK: PET-MRI: a review of challenges and solutions in the development of integrated multimodality imaging. PhysMed Biol 60:R115-R154, 2015

•Non sensible aux champs magnétiques (Pet-MR)• Un peu moins sensible que les détecteurs classiques•Peu rapide: Pas de temps de vol

• SiPM (Silicon photoMultiplier)

Hutton, B.F et Al. K. Clin Transl Imaging (2018) 6: 31. https://doi.org/10.1007/s40336-018-0264-0

Single Photon Avalanche Diode (SPAD)

08/03/2019 45

• APD en mode Geiger (ddp plus importante)• très petite taille: dans chaque micromodule 1photon lumineux = 1 signal (photoncounting detector)•Signal dans module = Somme micromodules•Non sensible aux champs magnétiques (Pet-MR)• aussi sensible que les PM mais couverture plus importante donc globalement plus sensible•Très rapide ( pourrait descendre sous les 100 ps)

Philips VEREOS

GE Discovery MI

08/03/2019 46

Siemens Vision

GE Discovery MI

08/03/2019 47

Siemens Vision

2273.2x3.2x20SiPM25.6LSO

08/03/2019 48

3.9/4.8

240249

Philips VEREOS

• Couplage 1:1

• RS +

• TOF 320 ps

GE Discovery MI

• Axial FOV 20cm

• Sensibilité +

• TOF360ps+QClear

GE Signa PET-MR

• FOV60 + axial FOV 25cm

• Sensibilité ++

Siemens Vision

• Cristaux petits

• RS+, sensib -

• Axial FOV 25cm

• TOF 320 ps

• Détectabilité +

• TOF360ps+QClear

• Sensibilité ++

• TOF360ps+Qclear

• Axial FOV 25cm

• Sensibilité ++

• TOF 240 ps

TEP « NUMÉRIQUES »images

Reconstructions

Fig 1. D690 PET/CT vs DMI PET/CT: DMI showed an additional focal avid FDG uptake area (black arrow).

Baratto L, Park SY, Hatami N, Davidzon G, Srinivas S, et al. (2017) 18F-FDG silicon photomultiplier PET/CT: A pilot study comparing semi-quantitative measurements with standard PET/CT. PLOS ONE 12(6): e0178936. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178936http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0178936

Reconstructions différentes(psf, Qclear)

Reconstructions

Fig 2. D690 PET/CT vs DMI PET/CT: DMI showed a significant increase in SUVmax (red arrow).

Baratto L, Park SY, Hatami N, Davidzon G, Srinivas S, et al. (2017) 18F-FDG silicon photomultiplier PET/CT: A pilot study comparing semi-quantitative measurements with standard PET/CT. PLOS ONE 12(6): e0178936. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0178936http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0178936

Reconstructions différentes(psf, Qclear)

Courtesy of Siemens

Documentation Siemens

Reconstructions différentes

(no PSF vs PSF SiPM)

08/03/2019 55

08/03/2019 56

Reconstructions différentes

(no PSF vs PSF SiPM)

•Quel gain peut on attendre TOFSIPM vs noTOF ?

08/03/2019 57

•Comparaison Signa PET/MR vs Discovery 690 TOF+ PSF•PET-CT puis PET-MR

•Comparaison en terme de qualité image•En fonction du BMI

08/03/2019 58

PM 100% SiPM 70% SiPM 40%

PM 100% SiPM 70%

08/03/2019 59

SiPM 40% SiPM 70% noTOF

PM 100% SiPM 70%

Réduction de 50% de la dose pour bmi <25

08/03/2019 60

SiPM 40% SiPM 70% noTOF

Réduction de 50% de la dose pour bmi <25Réduction de 40% de la dose pour bmi >25

CONCLUSIONCZT, dPET

Performances

• RS améliorée (couplage 1:1, cristaux plus petits)

• Sensibilité améliorée

• Temps de vol +++

Intérêt clinique

• Détectabilité de petites lésions

Optimisation

• Dose

• Faible activité

Dédiée cardio

• Performances incontestables

• Mieux, beaucoup plus vite

• Une autorisation bloquée pour un type d’examen

Corps entier grand champ (discovery670, 870 CZT)

• Plus performant

• Utilisation « classique »

• Basse énergie

• Coût ?Corps entier Veriton

Conclusion

TEP numériques

• Détectabilité de petites lésions

• Imagerie moins bruitée

• Assurance d’interprétation

• Faible activité

• Radioprotection

• Temps d’acquisition

• occupation machine

• Imagerie dynamique / paramétrique

Corps entier Veriton

• Plus performant

• Nouveau paradigme

• full 3D vs 2D+3D

• Optimisation occupation machine

• Basse énergie

• Coût?

Caméras CZT

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