Transcript controlli di qualità gammacamera

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