UNIVERSITA’ CATTOLICA DEL SACRO CUORE ROMA GAMMA CAMERA CONTROLLI DI QUALITA’

La gamma camera è un sistema per la produzione di immagini biomediche basato sulla proprietà di alcuni rivelatori di radiazioni di convertire l’energia dissipata dai fotoni x e γ nelle loro interazioni, in impulsi elettronici di ampiezza proporzionale. In modalità tomografica la SPECT, consente di produrre immagini ad alto contrasto con la possibilità di localizzare tridimensionalmente le strutture visualizzate; Tali vantaggi però possono essere vanificati se il sistema non è a punto, per cui le immagini prodotte presentano artefatti e disuniformità tali da non rappresentare in modo corretto la distribuzione della radioattività nell’organo riprodotto; Si predispone pertanto un programma di controlli di qualità periodici opportunamente studiato in modo da verificare il mantenimento delle prestazioni iniziali e consentire di operare sempre in condizioni ottimali; NEMA (National Electrical Manufacturers Association) è l’organismo internazionale più considerato. A livello nazionale: legge 187.

prove di accettazione: per verificare la rispondenza tra le specifiche fornite dal produttore e quelle richieste dall’utilizzatore. Sono una prova di stato complessiva con aggiunta di eventuali altri test. Le prove di funzionamento di dividono in: 1) prove di stato: ci si limita al controllo dei parametri principali o a quelli che possono essere stati influenzati da operazioni di spostamento o smontaggio; 2) prove di costanza; prova eseguita in tempi contenuti.I valori di riferimento sono stimati immediatamente dopo la prova di stato; 3) gestione delle situazioni anomale: problemi di funzionamento non riscontrabili tramite i controlli di qualità; Registrazione di tutti i controlli e gli interventi svolti.

In assenza di collimatore (modalità intrinseca) le principali caratteristiche di una gamma camera sono: la risoluzione energetica; la risoluzione spaziale ; la linearità spaziale; l’uniformità di campo; la prestazioni intrinseche nei confronti della frequenza di conteggio; la registrazione spaziale a finestra multipla; la sensitività planare (in impulsi/Bq). per la misura di ognuno di questi parametri si utilizza una sorgente puntiforme di Tc che emette a 140 KeV.

In presenza di collimatore (modalità di sistema) le principali caratteristiche sono: la risoluzione spaziale di sistema con e senza diffusore; la sensitività planare di sistema (in impulsi/Bq); le prestazioni di sistema nei confronti della frequenza di conteggio con diffusore; Come sorgente si utilizzano delle distribuzioni omogenee di radioattività ( di piccolo spessore) chiamate flood che sono o pronte (se contengono Co57) oppure preparate poco prima del controllo (contenenti Tc99m); In modalità tomografica si presta particolare attenzione: alla risoluzione spaziale dopo ricostruzione con e senza diffusore; all’uniformità dell’immagine ricostruita; Si utilizza una distribuzione omogenea di radioattività contenuta in un fantoccio cilindrico. Nel caso di misure di risoluzione spaziale si utilizzano delle sorgenti lineari, mentre nel caso di misura del contrasto si inseriscono nella soluzione radioattiva della sfere di diverso diametro (tra 5 e 35 mm) che fungono da lesioni fredde.

RISOLUZIONE ENERGETICA E CENTRATURA DEL PICCO Esprime la capacità del rivelatore di distinguere gli impulsi di fotoni di diversa energia: consente di discriminare le radiazioni diffuse; L’anello di piombo contiene la sorgente puntiforme e serve a delimitare l’UFOV. In modalità di sistema una sorgente estesa (flood) sostituisce la sorgente puntiforme; A cause della frequente effettuazione, per ridurre i tempi di misura si può utilizzare il fascio di radiazioni emesso dal paziente.Ciò comporta però una misura semiquantitativa a causa delle perdita di uniformità dovuta all’attenuazione; Nell’impiego tomografico si acquisisce lo spettro per 5 diversi angoli per un tempo tale da ottenere almeno 10Kcnt nel canale corrispondente al fotopicco.

RISOLUZIONE SPAZIALE Esprime la capacità del rivelatore di distinguere due distinte sorgenti di radiazione e quindi in impiego tomografico la capacità di riprodurre fedelmente la radioattività. Per avere una misura piuttosto precisa, è consigliabile che la FWHM della PSF sia contenuta in non meno di 10 Pixel; Poiché la risoluzione spaziale intrinseca di una moderna gamma camera è di circa 4 mm, ciò comporterebbe una dimensione del Pixel di 4/10= 0.4mm/pixel. Poiché il limite della dimensione del pixel è di 0.8mm/pixel (FOV= 40 cm e formato 512x512) si utilizza lo zoom per ridurre il FOV; In modalità di sistema la sorgente è un fantoccio a matrice di sorgenti puntiformi (o di due capillari) con d<1mm.Poiché la risoluzione alla distanza di 10 cm è di circa 8-10 mm non ho bisogno in questo caso di usare lo zoom; Il fantoccio a fenditure non sempre si adatta al campo da vista dell’apparecchiatura.

In un sistema tomografico la risoluzione spaziale dipende dall’energia dei fotoni gamma,dall’ampiezza della finestra di acquisizione, dal raggio di rotazione, dalle dimensioni della matrice di acquisizione, dal filtro impiegato nella ricostruzione, nonché dal mezzo diffusore la cui presenza rispecchia meglio le condizioni cliniche. Pertanto, è opportuno che la risoluzione venga controllata per tutte le relative combinazioni; Si acquisisce uno studio tomografico di in un fantoccio cilindrico in cui sono inserite tre sorgenti lineari (linee di iniezione con ago a farfalla). L’acquisizione è eseguita con orbita circolare di r = 15 cm con un campionamento angolare < 6° e con almeno 200 conteggi/pixel. La finestra di acquisizione è centrata 140 KeV (tolleranza del 10%). Dalla ricostruzione delle tre sezioni transassiali si applica quindi il metodo della FWHM o della MTF.

LINEARITA’ SPAZIALE Questa grandezza rappresenta lo spostamento fra la posizione reale dell’oggetto e quella misurata nell’immagine acquisita; Dall’analisi dei profili di conteggio ottenuti nella stessa geometria della risoluzione spaziale ma con sorgenti di dimensioni maggiori, si ricava la posizione di ciascun picco (centroide) e quindi una griglia di scarti dalla quale si ricava la linearità spaziale differenziale e quella integrale.

UNIFORMITA’ DI CAMPO Permette di valutare la capacità del sistema di riprodurre fedelmente una distribuzione uniforme di radioattività, quindi di non introdurre artefatti di nessun genere. Valuta globalmente lo stato del sistema; Per misure di tipo planare,si usa una sorgente puntiforme (o flood in modalità di sistema ) posta a 5 volte il UFOV. Affinchè la tolleranza sui conteggi sia < dell’1% si devono avere almeno 10000 conteggi/pixel. Si scartano tutti quei pixel al bordo che hanno un conteggio inferiore al 75% del valore medio calcolato nel CFOV. Si esegue lo smoothing, si applica la di mappa correzione per uniformità e si calcola quindi l’ uniformità differenziale e quella integrale sulla base dei conteggi per canale;

Sistemi con particolare geometrie non consentono il posizionamento della sorgente come previsto dalla norma. L’irraggiamento viene allora fatto in modalità non standard e poi degli algoritmi consentono delle correzioni; I flood (400 MBb) sono o a riempimento (con Tc99m, T/2 di di 6 ore e picco a 140 Kev), oppure pronti (con Co57, tempo di dimezzamento di circa 270gg e picco a circa 122 KeV.); Per una matrice di acquisizione 64x64, considerato che si devono avere almeno 10000 colpi/canale, che i pixel significativi sono il 75% e che la frequenza di conteggio deve essere <20000colpi/s. si calcola un tempo di1500 s. per la prova + il tempo necessario per posizionare la sorgente; In modalità tomografica, il formato della matrice richiesto per l’elaborazione dovrebbe essere 64x64 ( 6.4 mm/pixel). Si acquisiscono 60 proiezioni senza zoom, e quindi per ogni acquisizione si dovrebbe operare come in condizioni planari;

In primo luogo l’immagine ricavata deve essere accettabile al giudizio visivo, se lo è deve essere: integr.<20% - diff. <16% per aree aventi il 95% del raggio del UFOV. Se riduco il raggio al 75% deve essere integr.<12% e diff<8% ( protocolloAIFB); E’ frequente registrare una serie di misure subito dopo una prova di stato; dai risultati di tali serie di prova è possibile ricavare i valori medi e la deviazione standard dei valori di uniformità integrale e differenziale per l’UFOV ed il CFOV nelle condizioni di prova di costanza E’ fissato quindi un primo livello di attenzione (valore medio + due deviazioni standard) ed un secondo livello di intervento ( coeff. di tolleranza moltiplicato per il valore medio); L’intervento consiste in una procedura di calibrazione (tuning, revisione della mappa di correzione per l’uniformità) ed eventualmente nell’intervento dell’ assistenza tecnica.

PRESTAZIONI NEI CONFRONTI DELLA FREQUENZA DI CONTEGGIO (nelle prove di accettazione) Questa misura è resa difficile dai tempi morti. La NEMA consiglia di utilizzare una sorgente di Tc e aspettare che la frequenza di conteggio si riduca a circa 4kcps (tempo circa 2 gg) in modo da minimizzare l’errore sui conteggi dovuti ai tempi morti. Per interpolazione lineare fra i valori ricavati si può quindi determinare il valore della frequenza di conteggio per il quale si ha la perdita del 20% dei conteggi osservati. La AAPM suggerisce una metodica di misura con il metodo delle due sorgenti.

REGISTRAZIONE SPAZIALE A FINESTRA MULTIPLA (nelle prove di accettazione) assicura che le differenze di posizione fra diverse centroidi misurate per la stessa sorgente in tre finestre energetiche siano inferiori a 1 mm (nelle moderne gamma camere). La posizione del centroide deve essere la stessa indipendente dal tipo di radionuclide (e quindi indipendentemente dall’energia emessa) con una tolleranza di 1 mm. A tal scopo si utilizza il Ga che emette tre picchi principali a 93 KeV - 184 KeV e 296 KeV posizionandolo in diversi punti del rivelatore ed acquisendo immagini separate per ognuna delle tre finestre energetiche.

SENSITIVITA’ PLANARE E’ una misura dell’efficienza del sistema in una prefissata configurazione sorgente-rivelatore, trattandosi del rapporto fra la frequenza di conteggio misurata e l’attività della sorgente; La sorgente dovrebbe essere di spessore trascurabile al fine di poter trascurare l’autoassorbimento dei fotoni. La NEMA suggerisce una sorgente di 10 cm di diametro posizionata a 10 cm di distanza dal collimatore. Il radionuclide dovrebbe essere coerente con il tipo di collimatore impiegato. L’acquisizione dovrebbe essere eseguita operando con una frequenza di conteggio di 20 Kcps (40MBb) e accumulando una opportuna statistica di conteggio ( 10000 conteggi al fine di avere un’incertezza sulla frequenza dei conteggi < 1%).

Altre misure importanti per le gamma camere tomografiche (che però non vengono richieste nelle prove di costanza) sono : CONTRASTO E RUMORE; CALIBRAZIONE DELL’OFFSET DEL CENTRO DI ROTAZIONE ( coincidenza tra asse meccanico e asse elettronico); VELOCITA’ DI ROTAZIONE; DETERMINAZIONE DELLE DIMENSIONI DEL PIXEL.

Il collimatore Pinhole Caratteristiche fisiche

Il collimatore Pinhole Caratteristiche fisiche

Efficienza geometrica di un collimatore

Gamma camera rotante Controlli di qualità