Requisitos para la cuantificación en SPECT y PET. Rafael Puchal Radiofísico Barcelona

Transcripción

1 Requisitos para la cuantificación en SPECT y PET Rafael Puchal Radiofísico Barcelona

2 Qué es necesario para una correcta cuantificación? Cuantificación? Obtener una relación directa entre la actividad administrada y el número de cuentas detectado para poder deducir la actividad detectada en el paciente. Qué aporta? Poder tomar decisiones diagnósticas y terapéuticas basadas en la actividad detectada en el paciente. Cómo ha de ser? Fiable- Menor incertidumbre y mayor precisión posibles: lo más exacto y lo mas reproducible- variaciones de valor sólo debidas a la patología. Sistematización de TODO el proceso de obtención de la información

3 Proceso de obtención de la información: Administración radiofármaco Detección Procesado Visualización + resultados

4 Administración de radiofármaco: Fijar el procedimiento Radiofármaco Actividad administrada Via y forma de administración (bolo, infusión,...) Tiempo entre administración y adquisición Preparación del paciente (reposo, hidratación, oscuridad...) Colocación del paciente en el equipo detector (gammacámaras!)

5 Detección: Equipo + adquisición Parámetros de la adquisición: SPECT: Colimador Ajuste ventana/s energía Órbita: tipo de órbita, número de proyecciones, tiempo por proyección,... Matriz... PET: Muestreo del sinograma-matriz Número de beds Tiempo de adquisición por bed FOTO?... Sincronización ( Gating ) Equipos híbridos: CT: Kilovoltaje Intensidad... RM: Secuencias de pulsos...

6 Detección: Aspectos físicos: Atenuación Radiación dispersa Ruido Aspectos instrumentales: SPECT: Baja resolución espacial Variación de la resolución con la distancia Resolución no estacionaria (isoplanatismo) No uniformidad de: energía, linealidad,uniformidad de campo PET: Variación de la resolución con la distancia al centro Detección de randoms PET-SPECT/CT: Registro entre modalidades

7 Todos estos efectos degradantes apartan la detección real de lo que sería un equipo ideal que no distorsionara la información de la radiación emitida. Esto implica la necesidad de correcciones Correcciones: Nivel instrumental en el equipo detector Nivel de procesado Correcciones en el equipo detector: SPECT: PET: Uniformidad de campo Constancia del centro de rotación... Randoms Tiempo muerto... Propio equipo detector + Control de calidad

8 Correcciones en el procesado Corrección de la atenuación: SPECT Interacción de la radiación con los tejidos hace disminuir la intensidad detectada respecto a la emitida en función de los tipos de tejido y de su extensión D₂ D ₁ I₂ I₁ I₁ I₂ D ₁ D₂ I₁ > I₂ D ₁ =D₂ I₁ = I₂ D ₁ < D₂

9 Atenuación en medios complejos (distintos tejidos)? La atenuación en MN se debe a la interacción de fotones con los electrones del medio e - idi I D I D =I E atenuación I A 1 A 2 A 6 A 7 I D =I 0 A 1 A 2... A 7 =I 0 At A k =exp (-μ k d k ) Atenuación en una dirección es el producto de todas las atenuaciones desde la emisión a la detección El problema es obtener cada μ k y d k

10 El método de elección para obtener (μ k d k ) es TC que son mapas de μ k para la energía de TC Conversión de valores según energía de la exploración (PET SPECT) TC Mezcla: aireagua PET Mezcla aguahueso Los coeficientes de atenuación μ k están relacionados con la densidad (electrónica) de los tejidos. (RM: Información sobre núcleos H no relacionada con la densidad de electrones)

11 Corrección de la radiación dispersa: La interacción de los fotones con los tejidos produce-por efecto Compton-un cambio de dirección y de energía de su trayectoria. Se detectan fotones que NO deberían detectarse y no se detectan fotones que Si deberían detectarse. Su intensidad y distribución dependen de cada paciente- depende de la forma de la distribución de actividad y de los tejidos que la rodean. Es un problema de gran complejidad.

12 Existen básicamente 4 aproximaciones para su corrección: 1) Utilizando la pérdida de energía en la interacciones Separación de los fotones primarios y de los dispersados: Ventana de adquisición Fotones primarios Fotones que han sufrido alguna dispersión DEW, TEW: Actúan sobre los datos adquiridos (proyecciones) antes de la reconstrucción restando una estimación de los dispersos.

13 log del número de cuentas 2- Aproximación : Métodos de deconvolución: Se modela el efecto de la dispersión mediante la imagen de un punto emisor (SRF) Detectados=primarios + dispersados dispersados=primarios x SRF SRF p p primarios p primarios SRF(x) posición respecto a la proyección del punto emisor SRF ( x) exp(-0.2 x) p primarios p FT FT 1 FT SRF

14 3- Aproximación : Corrección iterativa de la dispersión: Proyecciones experimentales Reconstrucción iterativa Proyección = proyección experimental dispersión estimada Estimación de la dispersión por Montecarlo o aproximación analítica

15 4- Aproximación : Corrección iterativa de la dispersión: inclusión de la dispersión en el proceso iterativo Proyecciones experimentales Reconstrucción iterativa Modelo de formación de imágenes que incluye la dispersión Compton por simulación Montecarlo o aproximaciones analíticas

16 Corrección de la resolución espacial La baja resolución espacial produce una pérdida de nitidez de la imagen y el efecto de volumen parcial (PVE) que afecta a la cuantificación. PVE ocurre cuando se obtiene una imagen de un objeto menor que el volumen sensible En las lesiones calientes (tumores) el número de cuentas se desparrama en una zona mayor que el tumor (spill-out), produciendo una disminución de su actividad. En lesiones frías, el fondo más activo se desparrama sobre la zona fría haciendo aumentar la actividad de la lesión (spill-in) PVE es importante en objetos de dimensión inferior a 2 ó 3 FWHM

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18 Correcciones: 1-Mediante los coeficientes de recuperación que son la relación entre la actividad real y la detectada calculada a partir de phantoms 2-Incluyendo la PSF en el modelo de formación de imágenes en métodos de reconstrucción iterativa. Se consigue desemborronar la imagen: aumenta nitidez y reduce efecto volumen parcial

19 Corrección de la resolución en SPECT y PET: En la reconstrucción tomográfica incorporando la/las PSF en el algoritmo de reconstrucción en la matriz Aij que describe el sistema formador de imágenes Sin corrección Con corrección sin con

20 Factores dependientes del paciente: Movimientos periódicos: sincronización ( gated ) Movimientos no periódicos: Siemens

21 Calibración: Consiste en obtener la relación entre la actividad en un volumen (MBq/ml) y el número de cuentas detectado en este volumen (cuentas/voxel). Siemens xspect

22 Procesado: PET Métodos de rebinning o manera de re-empaquetar los datos: 3D 2D en PET Métodos de reconstrucción y de sus parámetros: FBP - (filtros, parámetros). OSEM (iteracions, subsets)

23 Procesado: Parámetros de la reconstrucción OSEM 2it, 20ss SUVg=10.8 SUVp=3.8 OSEM 2 it, 5 ss Fourier rebinning SUVg=8.6 SUVp=2.8 OSEM 5 it, 28 ss Fourier rebinning SUVg=10.3 SUVp=4.7 FBP SUVg=10.4 SUVp=4.8

24 +SPECT. Cualificación del personal Media(máximo)