Proyecto REDES VI. Red Latinoamericana de Física Médica

Transcripción

1 Proyecto REDES VI Red Latinoamericana de Física Médica 2013

2 TALLER TEÓRICO-PRÁCTICO DE MEDICINA NUCLEAR Introducción y fundamentos del control de calidad en SPECT Amalia Pérez San Martín, Junio

3 Distribución del Fitato de Na marcado con 99m Tc PRINCIPIO DE LA MEDICINA NUCLEAR

4 TIPO DE IMÁGENES Cámara Gamma SPECT PET/CT

5 SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) Cámara Gamma Sistema de rotación del cabezal Computadora: Algoritmos de reconstrucción tomográfica y Filtros de la imagen

6 CABEZAL Información posicional y de energía de ALGUNOS de ellos Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador Flujo de fotones

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

8 Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador

9 Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador Z Dens. (g/cm 3 ) 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

10 Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador Diseño Cristal C L Plano exterior del colimador D Plano fuente emisora S A S 2AC / L C Aceptandoque pase através del colimador(c)como máximo un 5% I/I e 0 C C 3; S 6A / L (3/ )

11 Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador Parámetros Rg L Plano exterior del colimador A D Plano fuente emisora

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

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

15 Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador HS LEAP HR HS LEAP HR Sorenson J., Phelps M. Physics in Nuclear Medicine. Second Edition. Sounder Company.

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

17 Circuitos de posición y energía 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 0.95 cm 1-e -(2,64/cm*0,95 cm) = 92% Produce 40/KeV*140 KeV= 5600 fotones lumínicos Dispersión múltiple sin escape Absorción fotoeléctrica Sin interacción Dispersión Compton Dispersión múltiple con escape

18 INTERACCIONES Z Efect. Absorbedor Pb=82 INa(Tl)=51 Cuerpo Humano

19 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-cmdiameter 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]) Habib Zaidi, Kenneth Koral. Scatter modelling and compensation in emission tomography. Eur J Nucl Med Mol Imaging (2004) 31:

20 Circuitos de posición y energía 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.

21 Circuitos de posición y energía Fototubos Guía de luz Cristal Detector Colimador Z=X + +X - +Y + +Y - Cherry SR., Sorenson JA., Phelps ME. Physics in Nuclear Medicine. Third Edition. Ch.13.

22 Pulsos de los FT CAD Circuito Digital de posición x, y Circuito Digital Suma x/z y/z z Circuitos de corrección de energía y linealidad espacial Señales corregidas (x, y) (z) Analizador de Altura de Pulsos z x, y Computadora

23 ADQUISICIÓN DE UN ESTUDIO SPECT

24 Fondo RD Res. Esp Sens. Dismin. Artefactos Señal/ Ruido Res. Ang. Calidad Imagen Fármaco X X Administración Isótopo X X Radiofármaco X X Administración X ROR X Energía, W(%) X Colimador X X PRE- PROCESAM. Adquisición Matriz X X Órbita X No. Pasos X X X Tiempo/paso X Movimiento X COR X Corrección Uniformidad X RD X Atenuación X PROCESAM. Reconstrucción Corte Transversal Algoritmos Filtros X X

25 OBTENCIÓN DE UN ESTUDIO SPECT 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.

26 OBTENCIÓN DEL CORTE TOMOGRÁFICO pixeles 360

27 ALGORITMOS DE RECONSTRUCCIÓN TOMOGRÁFICA Determinísticos Analíticos Retroproyección Filtrada RPF Datos 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)

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29 CONTROL DE CALIDAD SPECT

30 Obtención, cuantificación y presentación de la imagen Procesamiento Diagnóstico Adquisición del estudio Paciente Administración Radioquímica

31 PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DEL EQUIPAMIENTO Consideraciones Básicas 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.

32 PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DEL EQUIPAMIENTO El operador debe tener criterio para determinar si: 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.

33 SPECT-PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS - CC Cantidad de datos y Calidad de los mismos Espacial (x,y) Resolución Energética Z Parámetros característicos Temporal Eficiencia de detección Constancia de la eficiencia de detección sobre la superficie del cabezal

34 BIBLIOGRAFÍA DEL CONTROL DE CALIDAD 1. NEMA: National Electrical Manufacturers Association 2. IAEA International Atomic Energy Agency (/OIEA: Organismo Internacional de Energía Atómica AAPM: American Association of Physicists in Medicine Fabricante del equipo

35 PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DEL EQUIPAMIENTO 1. Parámetros de cada cabezal 2. Parámetros específicos del SPECT 1. Parámetros Intrínsecos 2. Parámetros Extrínsecos

36 cuentas RESOLUCIÓN ESPACIAL PLANAR Adquisición de la imagen de una fuente puntual Fuente puntual distancia colimador cristal Imagen de la fuente puntual FWHM FWTM 100 pixel

37 Cuentas Cuentas Cuentas Cuentas RESOLUCIÓN ESPACIAL TOMOGRÁFICA Performance Measurements of Scintillation Cameras, NEMA Standards Publication No. NU1, National Electrical Manufacturers Association (NEMA), Washington, D.C., 1994 Perfil Vertical Perfil Horizontal Perfil Vertical 250 Perfil Horizontal Pixeles Pixeles Pixeles Radial Pixeles Transversal

38 RELACIÓN RESOLUCIÓN ESPACIAL PLANAR/ TOMOGRÁFICA R 1 = Resolución espacial cabezal 1 R 2 = Resolución espacial cabezal 2 R t = Resolución espacial tomográfica R 1 / R 2 < 1.05 R t / R 1 < 1.10 R t / R 2 < 1.10

39 Cuentas RESOLUCIÓN ENERGÉTICA Espectro Aproximación en la zona del fotopico FWHM , , , , , , , , , , , , , Resolución Energética = 100* E / E 0, Energía (KeV)

40 EFICIENCIA CONSTANTE SOBRE LA SUPERFICIE DEL CRISTAL UNIFORMIDAD PLANAR 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

41 UNIFORMIDAD PLANAR - OBJETIVO Evaluar Uniformidad Planar (UI%-UD%) Corregir

42 UNIFORMIDAD PLANAR ADQUISICIÓN

43 UNIFORMIDAD PLANAR - EVALUACIÓN 1275 cuentas 1090 cuentas Uniformidad Integral (%) UI(%) = ( ) / ( ) = 7.8 %

44 Fondo RD Res. Esp Sens. Dismin. Artefactos Señal/ Ruido Res. Ang. Calidad Imagen Fármaco X X Administración Radiofármaco X X Isótopo X X Administración X ROR X Energía, W(%) X Colimador X X PRE- PROCESAM. Adquisición Matriz X X Órbita X No. Pasos X X X Tiempo/paso X Movimiento X COR X Corrección Uniformidad X RD X Atenuación X PROCESAM. Reconstrucción Corte Transversal Algoritmos Filtros X X

45 UNIFORMIDAD PLANAR - CORRECCIÓN Desviación Standard < Promedio / 100 N = Matriz Cantidad de pixels N* cantidad de pixels 64 X X Antes Después

46 UNIFORMIDAD PLANAR - CORRECCIÓN Dada una imagen I X C Dada una imagen(proyección) P La corrección deuniformidad P i, j i, j c, f i, j 1 c I.* C x X I i, j i, j i, j f ; ; Promediodelaimagen Matriz decoeficientes PC i, j i, j ( f, c) es i, j ( f, c) P PC donde PC i, j es la proyección corregidadel efecto delauniformidad

47 UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA - ADQUISICIÓN

48 UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA UI(%) (Planar) = 6 % UI(%) (Planar)= 2,3 %

49 UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA

50 UNIFORMIDAD TOMOGRÁFICA DE CADA CORTE UP=2% UP=6%

51 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.

52 CENTRO DE ROTACIÓN 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.

53 CENTRO DE ROTACIÓN EVALUACIÓN - CORRECCIÓN

54 CENTRO DE ROTACIÓN FALLAS, CONSECUENCIAS

55 PERFORMANCE - FANTOMA CARLSON Lesiones frias Lesiones calientes

56 FANTOMA CARLSON

57 SENSIBILIDAD A LA DETECCIÓN DE FALLAS. Ninguna (-), Poca (0), Mucha (1) Uniformidad Diaria (5 M de cuentas) Espectro Fantoma de cuadrantes Centro de Rotación Uniformidad con alta cantidad de cuentas Control del fondo Inclinación de los cabezales Corte transversal de una fuente puntual Uniformidad tomográfica Sinograma Cine de las proyecciones Daño en el colimador 0 1 Corrimiento de la ganancia de los FT Corrimiento del pico de energía Desbalance electrónico Centro de Rotación Ruido electrónico Daño del cristal o resecamiento del acople Contaminación Campos magnéticos Fluctuaciones de potencia Fondo Fluctuaciones de temperatura Cualquier variable como función del ángulo Hines H., Kayayan R., Coisher J., et all. Recommendations for implementing SPECT instrumentation quality control. Eur.J. Nucl Med (1999) 26:

58 DESCANSO