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Gamma Camera (Anger Camera) Andrea PentiricciLuca Indovina.

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Presentazione sul tema: "Gamma Camera (Anger Camera) Andrea PentiricciLuca Indovina."— Transcript della presentazione:

1 Gamma Camera (Anger Camera) Andrea PentiricciLuca Indovina

2 Diagnostica per immagini in Medicina Nucleare

3 GAMMA CAMERA sistema per la produzione di immagini biomediche si basa sulla proprietà di alcuni rivelatori di radiazioni di convertire lenergia dissipata dai fotoni X e nelle loro interazioni, in impulsi elettronici di ampiezza proporzionale

4 Rivelatore a Scintillazione

5 rivelatore NaI(Tl) spessore del cristallo ridotto: compromesso tra efficienza e risoluzione spaziale: con lo spessore aumentano le interazioni Compton la luce prodotta nel cristallo viene trasformata in impulso elettrico per mezzo di una matrice di fotomoltiplicatori lincremento del numero dei fotomoltiplicatori migliora in linea teorica la risoluzione spaziale intrinseca tra i fotomoltiplicatori esiste uno spazio morto dove la luce non viene raccolta guida di luce finestra dingresso esagonale tecniche di scolpitura superficie del cristallo

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7 in una interazione la luce prodotta nel cristallo si propaga in modo isotropo e viene così raccolta da più fotomoltiplicatori le coordinate dellevento di origine sono stabilite con una media pesata, in cui il peso è attribuito ad ogni fototubo da una matrice di impedenze che attenuano progressivamente il contributo ai segnali di posizione dei PM più lontani rispetto al centro del cristallo loperazione di media pesata è limitata ai soli fototubi che più contribuiscono al segnale, tramite limpiego di preamplificatori a soglia il contributo di informazione dei PM più lontani è modesto e affetto da una incertezza statistica elevata, con un peggioramento del rapporto segnale – rumore complessivo

8 correlazione tra posizioni di emissione dei fotoni e le coordinate di posizione registrate a seguito delle relative interazioni immagine della distribuzione di un radiofarmaco entro un organo fotone Compton non porta informazioni collimatore sono selezionate solo determinate linee di propagazione dei fotoni si possono distinguere diverse componenti di risposta: si desiderano solo quella geometrica ed assorbita, ma in realtà vanno considerate anche quella scatterata e di penetrazione

9 caratteristiche di un collimatore RISOLUZIONE SPAZIALE capacità del rivelatore di risolvere due distinte sorgenti di radiazioni (FWHM) SENSIBILITA EFFICIENZA numero di eventi rivelati nellimmagine per Cu di attività della sorgente, trascurando lassorbimento della sorgente stessa rapporto tra la quantità di radiazione che raggiunge il cristallo e quella delle radiazione emessa dalla sorgente (valore massimo della curva di risposta ad una sorgente puntiforme posta sullasse del collimatore)

10 area compresa entro i limiti dellombra: regione in cui la risposta del collimatore è costante area compresa entro i limiti della penombra: regione in cui la risposta non è più costante, decremento del conteggio allo spostarsi di una sorgente uniforme dal centro verso la periferia le linee di penombra definiscono il FOV del cristallo 1.la sensibilità è direttamente proporz. al FOV 2.la risoluzione è inversamente proporz. al FOV

11 principali tipi di collimatori fori perpendicolari al piano del cristallo; il FOV della gammacamera rimane inalterato e gli organi sono riprodotti con le dimensioni originali costituito da un unico foro, determina lingrandimento di un organo di piccole dimensioni, posto sui piani superficiali del paziente effetto di ingrandimento degli organi studiati consente di realizzare un FOV maggiore delle effettive dimensioni del cristallo, riproducendo gli organi con dimensioni ridotte rispetto a quelle reali

12 i collimatori vengono classificati sulla base dellintervallo di energie dei fotoni per i quali sono applicabili, della risoluzione spaziale e della efficienza di conteggio che permettono di conseguire convenzionalmente suddiviso in basse, medie e alte energie non è possibile conciliare la scelta fra risoluzione spaziale ed efficienza: si fa ricorso a più collimatori che rappresentano diversi livelli di compromesso tipodimensionespessorelunghezzapenetrazionesensitivitàrisoluzione colIim.forisettifori(%)(cpml,uCi)di sistema (mm) a 10 cm (mm) LEHS LEGP LEHR LEUHRfan MEGP HEGP

13 collimatori a fori paralleli presentano dei canali di collimazione con lasse perpendicolare al piano del rivelatore a parità di distanza della sorgente, R è migliore per un collimatore con fori più piccoli e setti più lunghi R non stazionaria: dipende da d efficienza indipendente da d w = spessore minimo di setto che un fotone deve attraversare per passare da un foro ad un altro lo spessore dei setti, funzione di w, può essere deciso una volta stabilita la condizione di penetraqzione accettabile (exp(- w) < 0,05), ovvero il livello di penetrazione dei fotoni che si ritiene accettabile (5%) (relazione di Anger)

14 collimatore pinhole loggetto è riprodotto ingrandito e rovesciato sul piano di formazione dellimmagine si definisce un fattore di magnificazione M = l/d; fattori tipici di alcune unità le immagini di oggetti 3D presentano distorsioni dovute al diverso ingrandimento delle sorgenti poste su piani diversi risoluzione geometrica del pinhole R p = [a (l+d)] / l con un opportuno dimensionamento del pinhole, si può ottenere una risoluzione migliore di quella intrinseca del rivelatore nelle regioni più esterne dellimmagine, per effetto penombra, riduzione dellefficienza e della sensibilità impiego ottimale per organi di piccole dimensioni e posti in superficie

15 collimatori speciali dedicati per il solo impiego tomografico sviluppo della tomografia a fotone singolo FAN BEAM CONE BEAM le linee di proiezione delle radiazioni sono focalizzate su di una linea diminuzione del FOV (utile per SPECT cerebrale e miocardica) fori focalizzati su di un punto

16 1.elevate risoluzioni spaziali, senza andare a scapito della efficienza di conteggio 2.la risoluzione tiene conto degli effetti di magnificazione di un collimatore convergente = angolo di inclinazione dei fori d = distanza delloggetto F = distanza focale del collimatore 3. analoga dipendenza da per lefficienza una gammacamera dotata di fan beam irraggiata in modo uniforme, registra una immagine in cui il conteggio varia in funzione dellangolo, risultando massima per una incidenza centrale delle radiazioni, e calando lateralmente

17 calibrazione delle gammacamere disponibilità di efficienti sistemi di elaborazione per linterfacciamento diretto con le gammacamere registrazione, visualizzazione e riproduzione delle immagini estensione delle possibilità di elaborazione dei dati tecniche di correzione delle informazioni acquisite, per limitare gli effetti di alcuni limiti caratteristici dei sistemi di acquisizione prestazioni dei primi modelli di gammacamera migliorate evoluzione dei sistemi da analogici ad ibridi ed infine ad apparecchiature digitali in cui la componente di elaborazione controlla i sottosistemi di acquisizione

18 correzione per luniformità irraggiamento uniforme del rivelatore si calcola una tabella di fattori correttivi, da applicare una volta effettuata lacquisizione: per ogni pixel i,j si calcola il rapporto fra conteggio medio nellintera matrice di acquisizione e il conteggio nel pixel limiti non è consentita una gestione automatizzata delle mappe di correzione mancanza di specificità: si cerca di ridurre la disuniformità senza interessarsi delle cause tecniche di correzione count skimming (in corso di acquisizione): mano a mano che vengono registrati i conteggi, una frazione corrispondente al fattore correttivo viene eliminata i collimatori hanno una risposta che non varia nel tempo: è possibile combinare i risultati di mappe intrinseche e collimate per ottenere mappe di sistema aggiornate, risolvendo problemi di natura pratica

19 correzione per lenergia si può immaginare il cristallo accoppiato alla matrice dei PM come un insieme di rivelatori individuali; se non cè perfetto allineamento fra di essi… spettro energetico complessivo ha una risoluzione peggiore di quella possibile lapplicazione di una finestra energetica allinsieme degli impulsi prodotti porta a delle disuniformità, poiché essa intercetta il picco in modo diverso per ciascun settore del cristallo si calibra la risposta locale allenergia delle radiazioni in funzione della posizione sul rivelatore, costruendo delle mappe di calibrazione (valori di risoluzione energetica del 10% a 140 keV)

20 correzione per la linearità risposta non rigorosamente isotropa dei PM rispetto alla luce prodotta negli eventi scintillanti entro il cristallo: limmagine risulta deformata risposta ad una scintillazione dipende da dove cade la proiezione dellevento entro la superficie frontale di un singolo PM è presente una variazione della risposta in senso radiale si calcolano mappe di correzione che risultano essere poco variabili nel tempo: si utilizza un fantoccio multifori e si mettono in relazione le posizioni centrali di ognuna delle immagini di sorgente puntiforme calcolate come baricentro della distribuzione dei conteggi in un intorno del punto, e quelle effettive (note dalle caratteristiche del fantoccio)

21 bilanciamento dei PM ogni gammacamera deve essere uno strumento di caratteristiche invarianti allinterno del suo FOV, sia per la risposta che per le prestazioni il tuning è effettuato su 2 livelli si varia manualmente il guadagno del preamplificatore associato al singolo PM irraggiato volta per volta (procedura per apparecchiature analogiche) regolazione del punto di lavoro di ogni fototubo tramite front-end digitale procedura di irraggiamento del rivelatore intrinseco: tale programma esegue una sorta di collimazione elettronica, isolando il conteggio di ogni PM impiego di 2 finestre adiacenti di acquisizione, con apertura prefissata: il rapporto di conteggio deve cadere in un determinato range: si modifica il punto di lavoro di ogni PM tramite dei DAC

22 specifica delle prestazioni di una gammacamera definizione operativa che indichi il dispositivo sperimentale e le modalità di acquisizione ed elaborazione atti a misurare in modo consistente e riproducibile le grandezze fisiche di interesse modalità intrinseca modalità di sistema impiego tomografico risoluzione energetica risoluzione spaziale linearità spaziale uniformità di campo frequenza di conteggio registraz. spaziale a finestra multipla risoluzione spaziale (con e senza diffusore) sensitività planare frequenza di conteggio con diffusore risoluzione spaziale dopo ricostruzione (con e senza diffusore) uniformità dellimmagine ricostruita NEMA (ente di standardizzazione) UFOV: figura geometrica di forma definita dal costruttore CFOV: area avente la forma dellUFOV con dimensioni scalate del 75%

23 risoluzione energetica intrinseca capacità del rivelatore di distinguere gli impulsi di differente energia, ovvero discriminare le radiazioni diffuse è espressa in termini della FWHM % del picco a 140 keV del 99m Tc si irraggia uniformemente lintero campo di vista del rivelatore (incidenza radiazioni perpendicolare al piano del cristallo) acquisizione di un secondo spettro di una sorgente di un differente radionuclide ( 57 Co) per calibrare lasse delle energie

24 risoluzione spaziale intrinseca linearità spaziale intrinseca capacità del rivelatore di risolvere due distinte sorgenti di radiazioni uso di un fantoccio in piombo con fenditure lineari, posizionate una volta lungo x e una lungo y profili di conteggio con picchi corrispondenti alle sorgenti per ogni singolo picco si ricava il valore della FWHM, da cui poi calcolare un valore medio per tutto il rivelatore si può ricavare la posizione di ciascun picco come posizione intermedia fra i due valori di metà del conteggio ai due lati del picco distorsione in funzione della posizione, cioè spostamento fra la posizione reale di un oggetto e quella misurata nellimmagine acquisita

25 uniformità di campo intrinseca ispezione visiva rimane il metodo migliore per valutare luniformità identificata una matrice di pixel significativa rispetto al valore medio dei conteggi, si calcola luniformità integrale sia per lUFOV che per il CFOV luniformità differenziale misura la massima variazione locale di conteggio registrazione spaziale a finestra multipla capacità di un sistema di posizionare correttamente nella stessa immagine eventi misurati in diverse finestre energetiche si acquisiscono immagini separate per le 3 finestre energetiche posizione della sorgente misurata con accuratezza inferiore al pixel, come centro di gravità della sorgente

26 risoluzione spaziale di sistema dopo ricostruzione esprime il livello di risoluzione spaziale raggiunto dal sistema nelle immagini ricostruite (tomografo SPECT) 3 sorgenti puntiformi acquisizione step&shoot si ricostruiscono 3 sezioni (transassiale, sagittale e coronale), da cui ricavare la FWHM di tutte le sorgenti in ciascuna immagine per ottenere le varie risoluzioni

27 THE END

28 uniformità tomografica ??????? La mettiamo????

29 calibrazione delloffset del centro di rotazione per le gammacamere tomografiche proiezioni planari acquisite ad ogni angolo di campionamento devono essere allineate: ruotando di 180° il sistema deve trovarsi sulla stessa linea di proiezione artefatti nelle immagini ricostruite se lasse meccanico del sistema non coincide con quello elettronico atteso si misura loffset del centro di rotazione la posizione di una singola sorgente puntiforme avrà un andamento sinusoidale in funzione dellangolo di rotazione del sistema, con ampiezza tanto maggiore quanto la più la sorgente è spostata rispetto allasse di rotazione

30 risoluzione spaziale di sistema fornisce indicazioni sulla risoluzione spaziale dellapparecchiatura in condizioni di prova vicine a quelle di impiego pratico misura può essere eseguita sia in presenza che in assenza di materiale diffusore sensitività planare di sistema rapporto fra la frequenza di conteggio misurata e lattività della sorgente efficienza di sistema in una prefissata configurazione sorgente - rivelatore


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