Spectcc perez

Proyecto REDES VI

Red Latinoamericana de Física Médica

2013

Introducción y fundamentos del control de calidad

en SPECT

Amalia Pérez

TALLER TEÓRICO-PRÁCTICO DE MEDICINA NUCLEAR

San Martín, 23-28 Junio

Distribución del Fitato de Na marcado con 99mTc

PRINCIPIO DE LA MEDICINA NUCLEAR

Cámara Gamma SPECT PET/CT

TIPO DE IMÁGENES

Cámara Gamma

Sistema de rotación del cabezal

Computadora: Algoritmos de reconstrucción tomográfica y Filtros de la imagen

SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography)

Circuitos de posición y energía

Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

Flujo de fotones

Información posicional y de energía

de ALGUNOS de ellos

CABEZAL

John A. Bieszk. Performance Changes of an Anger Camera in Magnetic Fields up to 10 G. J Nucl. Med 27:1902-1907,1986


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

Z Dens. (g/cm3)

HVL (140 keV) (mm.)

Características

Plomo 82 11,3 0,23 Maleable, fácil daño, barato

Tungsteno 74 19,3 0,19 Alta calidad, difícil construcción, caro

)/3(

/6;305.0

05.0

/2

L

AS Ce

I/I

5% un máximo como (C) colimador del através pase que Aceptando

CLACS

C

0

S A

Cristal C

L

D Plano fuente emisora

Plano exterior del colimador


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador Diseño


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

Plano exterior del colimador

A

Rg

L

D

Plano fuente emisora

Parámetros

Habib Zaidi, Kenneth Koral. Scatter modelling and compensation in emission tomography. Eur J Nucl Med Mol Imaging (2004) 31:761–782


HS

LEAP

HR

HS

LEAP

HR


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

Sorenson J., Phelps M. Physics in Nuclear Medicine. Second Edition. Sounder Company.

Sorenson J., Phelps M. Physics in Nuclear Medicine. Second Edition. Sounder Company.


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

INa(Tl) Detector de Centelleo inorgánico dopado con Tl (10-3)

Densidad: 3,67 g/cm3

Sensibilidad>85%(140KeV)

Resolución Energía: 8-10%

Coeficiente de atenuación (140 KeV):2,64 cm-1

Rendimiento lumínico: 40/KeV

1-e-(2,64/cm*0,95 cm) = 92%

Produce 40/KeV*140 KeV=

5600 fotones lumínicos Absorción

fotoeléctrica Dispersión múltiple sin

escape Dispersión múltiple con

escape

Sin interacción

0.95 cm

Dispersión Compton

Pb=82

INa(Tl)=51

Cuerpo Humano

Z Efect. Absorbedor

INTERACCIONES

A An energy spectrum for a gamma-emitting Tc 99m line source on the axis of a water-filled cylinder simulated using the Monte Carlo method. The spectrum due to primary and scattered photons (solid line) is separated into different contributions (total scattering or different orders of photon scattering). The distributions of the various orders of scattered and unscattered photons are shown by broken lines. The experimentally measured spectrum is also shown (dots). B Ilustration of the energy distribution due to unscattered and scattered photons resulting from the simulation of a 20-cm-diameter cylinder filled with a uniform positron-emitting 18 F source separated into different contributions (total scattering or different orders of photon scattering). Typical energy acquisition windows for both cases are also shown. (Adapted from [23] and [72])



Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

1. Alta eficiencia de detección

2. Gran amplificación de la señal de entrada

3. Producción de una señal de salida de estructura angosta.

Cherry SR., Sorenson JA., Phelps ME.

Physics in Nuclear Medicine. Third Edition. Ch.13.


Fototubos

Guía de luz

Cristal Detector

Colimador

Z=X++X-+Y++Y-

Circuito

Digital de

posición

x, y

Circuito Digital

Suma

z

CAD

x/z

y/z

z

Circuitos de

corrección de

energía y

linealidad

espacial

Señales

corregidas

(x, y)

(z)

Pulsos

de los

FT

Analizador

de

Altura de

Pulsos

x , y

Computadora

ADQUISICIÓN DE UN ESTUDIO SPECT

Fondo RD Res. Esp Sens. Dismin.

Artefactos Señal/ Ruido

Res. Ang.

Calidad Imagen

PRE-PROCESAM.

Administración

Fármaco X X

X

Isótopo X X

Radiofármaco X X

Administración X

Adquisición

ROR X

Energía, W(%) X

Colimador X X

Matriz X X

Órbita X

No. Pasos X X

Tiempo/paso X

Corrección

Movimiento X

COR X

Uniformidad X

RD X

Atenuación X

PROCESAM.

Reconstrucción Corte

Transversal

Algoritmos X

Filtros X

Pos-Procesamiento

• Reorientación de los cortes (cardiológicos y neurológicos)

• Aplicar corrección de atenuación por software o hardware

• Generación de cortes sagitales y coronales

Cuantificación

• Relativa inter-paciente: Mapas polares, Mapas Estadísticos Paramétricos.

• Relativa intra-paciente: Estudios dinámicos, Según simetrías de la imagen.

OBTENCIÓN DE UN ESTUDIO SPECT

0

360

0 128

0 360

………

………

……..

pixeles

OBTENCIÓN DEL CORTE TOMOGRÁFICO

Datos

Determinísticos Analíticos

Retroproyección Filtrada

RPF

Estocásticos

Iterativos

Pueden considerar el error estadístico de los datos, la corrección de los eventos random y la radiación dispersa y modelizar la influencia del

equipo de adquisición - PET

OSEM

(Ordered Subsets Expectation Maximization)

ALGORITMOS DE RECONSTRUCCIÓN TOMOGRÁFICA

CONTROL DE CALIDAD

SPECT

Obtención , cuantificación y presentación de la imagen

Diagnóstico

Paciente

Radioquímica Administración

Adquisición del estudio

Procesamiento

1. Garantiza el grado de CONFIABILIDAD en las imágenes.

2. DISMINUYE la probabilidad de la aparición de zonas de

aparente hipocaptación y/o hipercaptación.

3. Tiene que ser REALÍSTICO respecto del uso clínico del equipo.

4. Su aplicación debe ser SENCILLA Y RÁPIDA.

5. Requiere SOSTENIMIENTO EN EL TIEMPO.

Consideraciones Básicas

PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DEL EQUIPAMIENTO

1. Si es posible continuar efectuando

estudios hasta la llegada del técnico

de mantenimiento.

2. Es necesario suspender el trabajo

hasta la corrección de la falla.


El operador debe tener criterio para determinar si:

SPECT-PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS - CC

Cantidad de datos y Calidad de los mismos

Parámetros característicos

Resolución

Espacial

(x,y)

Energética

Z

Temporal

Eficiencia de detección Constancia de la eficiencia de detección sobre la superficie

del cabezal

BIBLIOGRAFÍA DEL CONTROL DE CALIDAD

1. NEMA: National Electrical Manufacturers Association www.nema.org/

2. IAEA International Atomic Energy Agency (/OIEA: Organismo Internacional de Energía Atómica. www.iaea.org/

3. AAPM: American Association of Physicists in Medicine. www.aapm.org/

4. Fabricante del equipo

1. Parámetros de cada cabezal

2. Parámetros específicos del SPECT


1. Parámetros Intrínsecos 2. Parámetros Extrínsecos

Imagen de la fuente puntual

1 2 3 4 5 6 70

20

40

60

80

100

cuenta

s

pixel

FWTM

RESOLUCIÓN ESPACIAL PLANAR

distancia

colimador

cristal

Fuente puntual

20 40 60 80 100 120

20

40

60

80

100

120

Adquisición de la imagen

de una fuente puntual

FWHM

5 10 15 20

0

50

100

150

200

250

Cu

en

tas

Pixeles

5 10 15 20

0

50

100

150

200

250

Perfil HorizontalPerfil Vertical

Cu

en

tas

Pixeles

20 40 60 80 100 120

20

40

60

80

100

120

5 10 15 20 25

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80 100 1200

50

100

150

200

250

300

Pixeles

Cu

en

tas

0 20 40 60 80 100 1200

50

100

150

200

250

Pixeles

Cu

en

tas

Perfil Vertical Perfil Horizontal

RESOLUCIÓN ESPACIAL TOMOGRÁFICA

Performance Measurements of Scintillation Cameras, NEMA Standards Publication No. NU1, National Electrical Manufacturers Association (NEMA), Washington, D.C., 1994

Radial Transversal

R1 = Resolución espacial cabezal 1

R2 = Resolución espacial cabezal 2

Rt = Resolución espacial tomográfica

R1 / R2 < 1.05

Rt / R1 < 1.10 Rt / R2 < 1.10

RELACIÓN RESOLUCIÓN ESPACIAL

PLANAR/ TOMOGRÁFICA

Resolución Energética = 100* ∆ E / E

Espectro

Aproximación en la

zona del fotopico

RESOLUCIÓN ENERGÉTICA

0,00000000014,28571428628,57142857142,85714285757,14285714371,42857142985,714285714100,000000000114,285714286128,571428571142,857142857157,142857143171,428571429185,714285714

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Cuenta

s

Energía (KeV)

FWHM

Evalúa la eficiencia de detección del sistema en toda la

superficie de su detector, frente a un flujo homogéneo

de fotones.

Depende de:

1. Sincronización de ganancia de los fototubos

2. Colimador

3. Inhomogeneidades del cristal

4. Circuitos de posición y energía

EFICIENCIA CONSTANTE SOBRE LA SUPERFICIE DEL CRISTAL –

UNIFORMIDAD PLANAR

Uniformidad Planar

Evaluar

(UI%-UD%)

Corregir

UNIFORMIDAD PLANAR - OBJETIVO

UNIFORMIDAD PLANAR – ADQUISICIÓN

1275 cuentas

1090 cuentas

Uniformidad Integral (%)

UI(%) = (1275 – 1090) / (1275 + 1090) = 7.8 %

UNIFORMIDAD PLANAR - EVALUACIÓN

Fondo RD Res. Esp Sens. Dismin.

Artefactos Señal/ Ruido

Res. Ang.

Calidad Imagen

PRE-PROCESAM.

Administración

Fármaco X X

X

Radiofármaco X X

Isótopo X X

Administración X

Adquisición

ROR X

Energía, W(%) X

Colimador X X

Matriz X X

Órbita X

No. Pasos X X

Tiempo/paso X

Corrección

Movimiento X

COR X

Uniformidad X

RD X

Atenuación X

PROCESAM.

Reconstrucción Corte

Transversal

Algoritmos X

Filtros X

Desviación Standard < Promedio / 100 N = 10000

Matriz Cantidad de pixels N* cantidad de pixels

64 X 64 4096 40960000

128 X 128 16384 163840000

UNIFORMIDAD PLANAR - CORRECCIÓN

Antes Después

duniformida la de efecto del corregida proyección la esPC

donde

PCCP

es dUniformida de corrección La

cfP n)(Proyecció imagen una Dada

esCoeficient de Matriz I

XC

imagen la de Promedio f x c

I

X

cfI imagen una Dada

ji

jijiji

ji,

jiji

fc

ji

ji

ji,

,

,,,

,,

,

1,

,

*.

),(

;

;

),(

P PC

UNIFORMIDAD PLANAR - CORRECCIÓN

UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA - ADQUISICIÓN

UI(%) (Planar) = 6 % UI(%) (Planar)= 2,3 %

UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA

UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA

UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA DE CADA CORTE

UP=2% UP=6%

ARTEFACTOS DE UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA

FIG. 42. Seven transverse slices of the sphere section of the Data Spectrum ECT phantom (Jaszcak phantom), imaged with a 360° total angle of rotation and uncorrected for attenuation. Distinct ring artefacts are seen in different slices. Note that the rings are centred around the centre of rotation of the detector and that the phantom is positioned slightly off centre (see Ref. [3]).

IAEA HUMAN HEALTH SERIES no. 6. Quality Assurance for SPECT Systems.

Determina el grado de sincronización de:

eje longitudinal de la

camilla.

centro de la circunferencia

que describe el cabezal.

centro de la matriz en la

computadora.

CENTRO DE ROTACIÓN

CENTRO DE ROTACIÓN – EVALUACIÓN - CORRECCIÓN

CENTRO DE ROTACIÓN – FALLAS, CONSECUENCIAS

Lesiones frias

Lesiones calientes

PERFORMANCE - FANTOMA CARLSON

FANTOMA CARLSON

Hines H., Kayayan R., Coisher J., et all. Recommendations for implementing SPECT instrumentation quality control. Eur.J.

Nucl Med (1999) 26:527-532

SENSIBILIDAD A LA

DETECCIÓN DE FALLAS.

Ninguna (-), Poca (0), Mucha (1)

Unifo

rmid

ad D

iaria

(5 M

de

cu

en

tas)

Esp

ectro

Fa

nto

ma

de

cu

ad

rante

s

Cen

tro d

e R

ota

ció

n

Unifo

rmid

ad c

on

alta

ca

ntid

ad

de

cu

en

tas

Co

ntro

l de

l fon

do

Inclin

ació

n d

e lo

s

ca

be

za

les

Corte

tran

sve

rsal d

e

un

a fu

en

te p

un

tua

l

Unifo

rmid

ad

tom

og

ráfic

a

Sin

og

ram

a

Cin

e d

e la

s

pro

ye

ccio

nes

Daño en el colimador 0 — — — — — — — 1 — —

Corrimiento de la ganancia de los FT 1 — 1 — 1 — — — 1 — —

Corrimiento del pico de energía 0 1 — 1 1 — — — 1 — —

Desbalance electrónico 0 0 0 1 0 — — 1 0 — —

Centro de Rotación — — — — — — 1 1 — 1 0

Ruido electrónico — 0 1 — — 0 — 1 0 — —

Daño del cristal o resecamiento del acople 0 0 1 — 1 — — — 1 — —

Contaminación 0 0 — — 1 1 — — 1 0 —

Campos magnéticos 0 0 — — 0 — — 1 1 0 0

Fluctuaciones de potencia 0 0 0 — 0 — — 0 1 — —

Fondo 0 0 — — 1 1 — — 0 0 1

Fluctuaciones de temperatura 1 0 — — 1 — — — 1 — —

Cualquier variable como función del ángulo — — — 1 — — — 0 1 1 1

DESCANSO

Health & Medicine

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