Transcript Aucun titre de diapositive - Médecine nucléaire CHU Brest

GAMMA CAMERA
(contrôle de qualité)
Définitions:
Pour toute modalité d’imagerie médicale il est
indispensable de pouvoir disposer de documents à partir
desquels le médecin pourra porter un diagnostique sûr et de
qualité constante.
Définitions:
Pour atteindre ce but il convient d’instituer un programme
d’assurance de la qualité
avec des protocoles
de contrôle de qualité.
Définitions:
Le concept d’assurance de la qualité, en
imagerie
médicale,
vise
l’ensemble
du
processus
diagnostique depuis l’appareillage jusqu’au compte rendu de
l’examen en passant par les produits radio pharmaceutiques.
assurance de la qualité
Pour la Médecine Nucléaire, il répond à une
définition très précise :
« Ensemble des opérations prévues et systématiques
permettant de garantir avec un niveau de confiance
suffisant qu’une structure, un système ou un composant
donneront des résultats satisfaisants. »
Dans ce processus on s’intéressera à l’appareillage.
L’ensemble des essais visant à contrôler les
caractéristiques de cet appareillage constitue un
contrôle de qualité.
Le contrôle de qualité est mis en œuvre pour un
appareil en vue d’en obtenir le meilleur résultat.
contrôle de qualité
Sa définition est:
Ensemble des opérations (prévisions, coordination,
réalisation) visant à maintenir ou à améliorer la qualité.
Dans son application à une procédure diagnostique,
le contrôle de qualité englobe la surveillance, l’évaluation
et le maintien à un niveau optimal de toutes les
caractéristiques qui peuvent être définies, mesurées et
régulées.
A L’INSTALLATION
DE LA
GAMMA CAMERA
pour le détecteur
- réglage de la haute tension (HT)
(unique pour les photomultiplicateurs)
- réglages des gains
(pour chaque photomultiplicateur)
- mesures des matrices de corrections
(énergie, linéarité, uniformité (sensibilité))
pour le statif
en mode corps entier:
- réglage du parallélisme axe de déplacement/axe image
- réglage de la vitesse du balayage mécanique
en mode tomographique:
- réglage de la vitesse de rotation (continu et pas à pas)
- détermination du centre de rotation
LES TESTS
Les tests d’évaluation des performances et de
contrôle de qualité peuvent être groupés en trois catégories :
les tests de réception
les tests de référence
les tests de routine
tests de réception
Ces tests permettent d’évaluer les performances de
l’appareil et de s’assurer qu’elles correspondent aux
spécifications annoncées par le constructeur.
Ils doivent être faits dès l’installation de la caméra à
scintillations.
tests de référence
Les résultats des tests de réception serviront de
référence pour les tests de routine.
Les tests de référence doivent être répétés après des
réparations importantes, la maintenance annuelle ou un
déménagement.
tests de routine
Les tests de routine sont la répétition régulière de
certains tests de référence.
Ils permettent de s’assurer des performances
optimales de l’appareil en continu et de déterminer le taux et
l’étendue des détériorations.
tests de routine
Ils sont faits suivant un protocole bien défini. Les
tests devront être : reproductibles, faciles à mettre en œuvre.
Il faut utiliser des accessoires simples, rester proche
des conditions d’utilisation clinique.
Au niveau national et international, de nombreux
protocoles de tests des caméra à scintillations ont été publiés
(NEMA,
CEI),
(AAPM,
OMS,
IAEA,
SFPH).
s’adressent aux constructeurs ou aux utilisateurs.
Ils
NEMA (National Electrical Manufacturers Association)
CEI
(Commission Electro-Technique International)
AAPM (American Association of Physicists in Medicine)
OMS (Organisation Mondiale de la Santé)
IAEA (International Atomic Energy Agency )
SFPH (Société Française des Physiciens d’Hôpital)
GAMMA CAMERA
gamma caméra (caméra à scintillations)
calculateur
détecteur
détecteur
stockage
interface
calculateur
statif
lit
statif
d’examen
traitements
documents
Le fonctionnement des caméras à scintillations
peut être divisé en trois parties :
- la détection
- les mouvement mécaniques
- le calibrage caméra/calculateur
la détection
source radioactive  détecteur
Le détecteur
Ce sont les performances du détecteur
qui
définissent au premier abord la qualité des images
scintigraphiques.
Les paramètres physiques intervenant sont l’énergie
(E), la position (XY) et la sensibilité (Z). A ces paramètres
correspondent les propriétés :
-réponse énergétique
-linéarité
-uniformité
REPONSE
ENERGETIQUE
réponse énergétique
La réponse énergétique concerne les caractéristiques
(amplitude,
dispersion)
des
signaux
E
des
photomultiplicateurs pour différents rayons g.
Elle englobe les caractéristiques du cristal, des
photomultiplicateurs et de l’électronique.
réponse énergétique
PM
DT
+x
-x
+y
PM
DT
-y
E
C
C
cristal NaI(Tl)
PM
photomultiplicateur
DT
diviseur de tension
réponse énergétique
E
PM4
E1
PM4
E
PM3
E2
PM3
E
PM2
E3
PM2
E
PM1
E4
PM1
IDEALEMENT
...cristal parfait
...PM identiques
...électronique identique
EN REALITE
...cristal non homogène
...PM différents
...électronique différente
même signal E
signaux Ei différents
réponse énergétique
E…..signal moyen
Ei….signal pour le PMi
DEi…E - Ei
Si….seuil inférieur
Si
Ss
E
Ei
Ss….seuil supérieur
LINEARITE
linéarité
La linéarité concerne la correspondance entre les
coordonnées géométriques et les valeurs des signaux ±x, ±y.
Elle englobe les caractéristiques du cristal, des
photomultiplicateurs et de l’électronique.
linéarité
PM
DT
+x
-x
+y
PM
DT
-y
E
C
C
cristal NaI(Tl)
PM
photomultiplicateur
DT
diviseur de tension
linéarité
+y
-x,+y1
I
S
PM4
+x,+y1
sont créés par les PM
1,2,3,4,5
PM2
PM1
PM3
PM6
S
-x,+y2
II
-y
en position I les signaux
x,  y
PM7
en position II les signaux
x,  y
PM5
yy
-+
PM8
+x,+y2
sont créés par les PM
6,5,7,2,8
linéarité
position
coordonnées géométriques
valeurs signaux
I
(+X,-X),(+Y1,-Y1)
(+x,-x),(+y1,-y1)
II
(+X,+X),(+Y2,-Y2) (+x±Dx1,-x± Dx2),(+y2 ±Dy1,-y2 ±Dy2)
UNIFORMITE
uniformité
L’uniformité concerne la réponse Z ( nombre des
coups détecté ) du détecteur à une irradiation uniforme.
Elle englobe les caractéristiques du cristal, des
photomultiplicateurs, des collimateurs et de l’électronique.
uniformité
PM
DT
+x
-x
+y
PM
DT
-y
E SMC Z
C
C
cristal NaI(Tl)
PM
photomultiplicateur
DT
diviseur de tension
N
uniformité
PM4
N
PM4
N1
PM3
N
PM3
N2
PM2
N
PM2
N3
PM1
N
PM1
N4
IDEALEMENT
...cristal parfait
...PM identiques
...électronique identique
EN REALITE
...cristal non homogène
...PM différents
...électronique différente
même comptage
comptages différents
Les tests concernant
la réponse du détecteur
Les tests comprennent les paramètres suivants:
- paramètres intrinsèques
concernant
les
réponses du détecteur sans collimateur.
- paramètres système concernant les réponses de
l’ensemble détecteur avec collimateur
à une source
ponctuelle ou à une source étendue, sans et avec milieu
diffusant.
paramètres intrinsèques
- résolution énergétique
- linéarité
- uniformité
- résolution spatiale
- taux de comptage
paramètres système
- uniformité
- résolution spatiale sans diffusant
- résolution spatiale avec diffusant
- sensibilité
paramètres intrinsèques
paramètres intrinsèques
- résolution énergétique
- linéarité
- uniformité
- résolution spatiale
- taux de comptage
résolution énergétique
source
N
L
E
Source ponctuelle de ~10MBq
L > 5*diamètre champ de détection
cristal
la résolution énergétique
N
DE largeur à mi-hauteur
N0
N0/2
Eo
E
DE
% 
RE 0 
E0
R %  ~ E
1
2
la résolution énergétique
Isotope
énergie
(keV)
DE
(keV)
Ga67
92
13.8
15
Tc99m
140
15.9
11.3
In111
171
18
10.5
Ga67
185
19
10.3
In111
245
25
10.2
Ga67
300
30
10
I131
365
36.5
10
résolution
(%)
paramètres intrinsèques
- résolution énergétique
- linéarité
- uniformité
- résolution spatiale
- taux de comptage
linéarité
source
L
Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection
masque en Pb
cristal
linéarité
masque en Pb
Pb
plexiglas
30mm
1mm
masque de linéarité
linéarité
source
L
Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection
masque en Pb
cristal
linéarité
profil d’activité (x - x’)
x
x’
profil d’activité (y -y‘)
linéarité
H
MH
Xa
Xe Xb
Dans chaque bande on détermine les distances entre
les positions des pics adjacents.
H…………………..hauteur pic
MH………………...mi-hauteur pic
Xa, Xb……………..emplacements valeurs pic à mi-hauteur
Xe = (Xa +Xb)/2…..emplacement pic
linéarité
La linéarité spatiale différentielle, pour le champ
de vue du détecteur, est l’écart-type de toutes les distances
mesurées en mm sur les images acquises selon les
orientations X et Y.
Le facteur de conversion mm  pixel est obtenu en
divisant l’écart réel entre deux pics adjacents (30mm) par la
moyenne des écarts mesurés en pixel, pour tous les pics du
champ de vue.
linéarité
La linéarité spatiale absolue est obtenue en ajustant
par la méthode des moindres carrés les deux jeux de données
pris séparément (selon X et Y), à un ensemble de ligne
parallèles également espacées de la distance entre pics
adjacents, pour l’orientation considérée.
Elle s’exprime comme la plus grande valeur, en mm,
des déplacements X ou Y entre les lignes observées et
ajustées sur la totalité du champ de vue.
paramètres intrinsèques
- résolution énergétique
- linéarité
- uniformité
- résolution spatiale
- taux de comptage
uniformité intrinsèque
source
L
Source ponctuelle de ~10MBq
L > 5*diamètre champ de détection
cristal
uniformité intrinsèque
source
l’angle solide
 =S / L2
L=5D
L5D
R
D
D diamètre champ de détection
L distance source / détecteur
S=pD2/4
 =(pD2/4)/ 25D2
 =p /100
’ = S/ R2
S=pD2/4
R2 = L2+D2/4
L=5D
 =(pD2/4) /(25D2+(D2/4))
 =p/101
uniformité intrinsèque
La réponse du détecteur à une irradiation uniforme et
isotrope est caractérisée par :
l’uniformité intégrale (Ui) et
l’uniformité différentielle (Ud).
Ces valeurs sont évaluées, après lissage par un filtre
de 9 points, sur 75% du champ de vue défini par une région
d’intérêt (ROI).
uniformité intégrale (Ui)
La valeur maximale VM et minimale Vm des contenus
de l’ensemble des pixels dans le ROI sont déterminées.
uniformité intégrale (Ui)
ROI
VM
Vm
uniformité intégrale (Ui)
VM  V m
Ui 
(%)
V M  Vm
VM ....valeur maximale
Vm....valeur minimale
uniformité différentielle (Ud)
Chaque pixel non nul est le centre d’un groupe de
5x5 pixels. Les contenus des 25 pixels de ce groupe sont
comparés deux à deux dans toutes les directions.
Pour chaque groupe on calcule la plus grande
différence de comptage (VM - Vm) et pour la totalité des
groupes ( dans le ROI ) on relève la plus grande différence
de comptage max(VM - Vm) qui définit les valeurs VS et VI.
uniformité différentielle (Ud)
ROI
ROI de 5*5pixel
avec VM et Vm
uniformité différentielle (Ud)
VS  VI
Ud 
(%)
VS  VI
VS....VM du max(VM-Vm)
VI....Vm du max(VM-Vm)
paramètres intrinsèques
- résolution énergétique
- linéarité
- uniformité
- résolution spatiale
- taux de comptage
résolution spatiale
source
L
Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection
masque en Pb
cristal
résolution spatiale
source
L
Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection
masque en Pb
cristal
résolution spatiale
profil d’activité (x - x’)
x
x’
profil d’activité (y -y‘)
résolution spatiale
H
MH
DH
Xc Xa
Xe Xb Xd
H…………………..hauteur pic
MH………………...mi-hauteur pic
DH………………...dixième de la hauteur
LHD = (Xb - Xa)….largeur à mi-hauteur
LDH = (Xd - Xc)….largeur au dixième de la hauteur
Xe = (Xa + Xb)/2….position pic
résolution spatiale
Sur l’image acquise, des profils de largeur 30mm
sont tracés perpendiculairement à l’axe des fentes. Sur
chacunes des courbes, sont calculées : LMH et LDH
Le facteur de conversion mm/pixel est obtenu en
divisant la distance entre les fentes (30mm) par le nombre
des pixels.
résolution spatiale
En tenant compte des toutes les valeurs obtenues
suivant les axes X et Y la résolution spatiale s’exprime en
mm par :
LMH = <LMH> ± sLMH
LDH = <LDH> ± sLDH
sLMH et sLDH sont les écart-types des LMH et LDH
paramètres intrinsèques
- résolution énergétique
- linéarité
- uniformité
- résolution spatiale
- taux de comptage
taux de comptage
source
L
Source ponctuelle d ’activité croissante
L > 5*diamètre champ de détection
cristal
taux de comptage
N
No
non paralysable N o 
1  N ot
Nr
No
paralysable No  Nre Nrt
Ac
Ac.. activité source
N….taux de comptage
No...taux de comptage observé
Nr…taux de comptage réel
t…. temps mort
paramètres système
paramètres système
- uniformité
- résolution spatiale sans diffusant
- résolution spatiale avec diffusant
- sensibilité
uniformité système
méthode 1
Source plane uniforme Co57 de ~ 370MBq
collimateur
cristal
uniformité système
méthode 2
Source plane remplissable en plexiglas
(eau + isotope en solution acide faible)
collimateur
cristal
uniformité système
La réponse du détecteur à une irradiation uniforme et
isotrope est caractérisée par :
l’uniformité intégrale (Ui) et
l’uniformité différentielle (Ud).
Ces valeurs sont évaluées, après lissage par un filtre
de 9 points, sur 75% du champ de vue défini par une région
d’intérêt (ROI).
paramètres système
- uniformité
- résolution spatiale sans diffusant
- résolution spatiale avec diffusant
- sensibilité
résolution spatiale sans diffusant
sources filiformes
collimateur
cristal
résolution spatiale sans diffusant
sur la surface du collimateur
à 10cm de la surface du collimateur
résolution spatiale sans diffusant
sur la surface du collimateur
à 10cm de la surface du collimateur
D
D
R0
R10
paramètres système
- uniformité
- résolution spatiale sans diffusant
- résolution spatiale avec diffusant
- sensibilité
résolution spatiale avec diffusant
diffusant (eau)
sources filiformes
collimateur
cristal
résolution spatiale avec diffusant
sans diffusant
avec diffusant
résolution spatiale avec diffusant
sans diffusant à 10cm
D
R10
avec diffusant à 10cm
D
Rd10
paramètres système
- uniformité
- résolution spatiale sans diffusant
- résolution spatiale avec diffusant
- sensibilité
sensibilité
diffusant
source
collimateur
cristal
sensibilité
L’activité de la source doit être connue avec
précision.
La sensibilité du système s’exprime en imp / Bq.sec
pour le radionucléide et le collimateur utilisés.
Elle est mesurée avec et sans matériau diffusant.
les mouvements mécaniques
mouvements
de l’ensemble détecteur / statif
Mouvements :
translation et rotation manuelle,
rotation automatique ( tomographie),
translation automatique ( corps entier)
TOMOGRAPHIE
tomographie
L’exploration
scintigraphique
par
tomographie
permet de reconstituer la distribution 3D de la radioactivité à
partir des projections 2D.
L'acquisition des projections est réalisée par rotation,
autour du patient, de l’ensemble de détection.
Il est impératif d’effectuer préalablement les
contrôles généraux en ce qui concerne le détecteur.
tomographie
Les tests spécifiques pour le mode d’acquisition
tomographique sont :
- exactitude angulaire
- vitesse de rotation en mode continu
- détermination du centre de rotation
- uniformité de la coupe reconstruite
- sensibilité en fonction de l’angle
- résolution spatiale après reconstruction
centre de rotation
centre de rotation
En imagerie planaire la position de l’image par
rapport à la matrice d’acquisition n’est pas critique.
En tomographie les logiciels de reconstruction
prennent comme hypothèse que l’axe de rotation du détecteur
correspond à la colonne centrale de la matrice d’image.
Le décalage du centre de rotation conduit à des
distorsions de l’image (artefacts) et par conséquence à une
perte de résolution et de contraste.
centre de rotation
0
63
0 degré
180 degré
63
0
0
63
0 degré
180 degré
63
0
image
axe de rotation
centre de rotation
projections
centre de rotation
détecteur
projections
source
centre de rotation
Y
image de la source
Y
3
2
champ du détecteur
1
0
axe de rotation
X
0
60
120
180
240
position Y du centre de gravité de l’image de la source
300
360
degré
centre de rotation
Y
image de la source
X
3,5
champ du détecteur
0
axe de rotation
X
0
60
120
180
240
position X du centre de gravité de l’image de la source
300
360
degré
résolution spatiale après reconstruction
résolution spatiale après reconstruction
Les facteurs intervenants dans la définition de la
résolution spatiale après reconstruction tomographique sont:
- le collimateur
- la distance collimateur / patient
- le milieu diffusant
- les filtres de reconstruction
-etc….
résolution spatiale après reconstruction
fantôme de résolution spatiale
tubes capillaires remplis
avec de la radioactivité
diffusant (eau)
résolution spatiale après reconstruction
fantôme de résolution spatiale
80mm
vue transversale
tubes capillaires remplis
200mm
diffusant (eau)
250mm
avec de la radioactivité
vue frontale
résolution spatiale après reconstruction
projections
résolution spatiale après reconstruction
détecteur
projections
résolution spatiale après reconstruction
résolution spatiale après reconstruction
rétroprojection
filtrée
coupe transversale
résolution spatiale après reconstruction
profil d’activité
y
x
coupe transversale
D
R
R
résolution spatiale après reconstruction
profil d’activité
y
x
coupe transversale
D
R
R
CORPS ENTIER
corps entier
L’exploration scintigraphique par balayage dite
corps entier permet de réaliser en un seul passage une
image projetée de tout ou partie de l’ensemble du corps du
patient.
Ce balayage est réalisé par translation, soit de
l’ensemble de détection, soit de la table d’examen.
Ce mode est une extension du mode planaire, il est
donc impératif d’effectuer préalablement les contrôles
généraux.
corps entier
détecteur
statif
lit d’examen
rail
corps entier
corps entier
Détecteur 1
Détecteur 2
corps entier
Les tests spécifiques pour le mode d’acquisition corps
entier sont :
test balayage électronique
- variation spatiale de la réponse énergétique
- variation spatiale de la résolution spatiale
test balayage mécanique
- parallélisme axe de déplacement /axe image
- vitesse de balayage mécanique
variation spatiale
de la réponse énergétique
variation spatiale de la réponse énergétique
N
N
N
Eo
E
Eo
E
Eo
E
variation spatiale de la résolution spatiale
résolution spatiale
balayage électronique
résolution spatiale
balayage électronique
détecteur
lit d’examen
fantôme
lit d’examen
résolution spatiale longitudinale
balayage électronique
profil d ’activité
X
résolution spatiale transversale
balayage électronique
profil d ’activité
Y
résolution spatiale
balayage électronique
X
Rx1 Rx2
Rx3
Rx4
Rxi résolution spatiale dans le point Xi
Rx5
calibrage caméra / calculateur
géométrie
champ de vue  dimensions image
pixel :
Le plus petit élément d’une image (surface).
Son contenu est uniforme.
pixel
matrice d’image
N*N pixels
N’*N’ pixels
N’’*N’’ pixels
taille pixel=L/N
taille pixel=L/N’
taille pixel=L/N’’
N’=2N
N’’=4N
champ de vision
matrice d’image
matrice d’images
taille de pixel calculée
512*512
1.05mm
256*256
2.1mm
128*128
4.2mm
64*64
8.4mm
(champ de vue de 540/400mm)
mesure de la taille réelle des pixels
source
L
Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection
masque en Pb
cristal
mesure de la taille réelle des pixels
source
L
Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection
masque en Pb
cristal
mesure de la taille réelle des pixels
profil d’activité (x - x’)
x
x’
profil d’activité (y -y‘)
mesure de la taille réelle des pixels
H
MH
Xa
Xe Xb
H…………………..hauteur pic
MH………………...mi-hauteur pic
LHD = (Xb - Xa)….largeur à mi-hauteur
Xe = (Xa + Xb)/2….position pic
mesure de la taille réelle des pixels
La taille réelle des pixels en mm est obtenue en
divisant la distance entre les fentes (30mm) par le nombre de
pixels et ceci pour toutes les valeurs suivant les axes X et Y .
FREQUENCE DES TESTS
Test
Réception
Référence
Fréquence
Résolution énergétique
*
*
hebdomadaire/quotidien
Uniformité intrinsèque
*
*
hebdomadaire/quotidien
Uniformité système
*
*
hebdomadaire/quotidien
R.spatiale intrinsèque
*
*
annuelle/visuel mensuel
R.spatiale système
*
*
annuelle
Linéarité intrinsèque
*
*
annuelle
Linéarité système
*
*
annuelle
Sensibilité
*
*
annuelle
Taux de comptage
*
à l ’installation
Fuites de blindage
*
à l ’installation
FIN