Post on 05-Aug-2015
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Università degli studi di GenovaScuola di specializzazione in Fisica Medica
Lara Ferri10/07/2014
Commissioning ed implementazione di un protocollo di misure per
controllo di qualità in MicroPET
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Valutare le performance del tomografo microPET Albira ARS PET
® micro PET e sue applicazioni® Verifica della qualità, quali parametri® Tomografo microPET Albira ARS PET® Implementare programmi Matlab® Costruzione fantocci® Misure e risultati
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Perché una micro PET?
tomografo miniaturizzato dedicato a piccoli animali.
microPET Albira ARS PET.
PET microPETD=60-80 cm
D=10-20 cm
Migliore risoluzione spaziale
Possibile studio della biodistribuzione in vivo e della farmacocinesi negli animali
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Applicazioni
Distribuzione linfociti T dopo trapiantro BM
Studio metabolismo glucidico se no cibo + chemio
6
Protocolli di qualità
Tomografi PET clinici
7
Protocolli di qualitàTomografi microPET
Sanchez F. et al., Small animal PET scanner based on monolithic LYSOcrystals: Performance evaluation, Medical Physics volume 39(2), 2012
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Fattori che influenzano la qualitàRtot=Rtrue+Rscatter+Rrandom
o Scatter
o Random
o Tempo morto
o Rumore
o True
1001
N
noise
9
Parametri caratterizzanti
Risoluzione spaziale
Cammino dei positroni
Non colinearità
Dimensione dei rivelatori
FWHM=0.22mm (18F)
Scatter fraction
Noise Equivalent Count Rate
Sensibilità
Qualità dell’immagine
10
Parametri caratterizzanti
Risoluzione spaziale
Scatter fractiontot
scatter
C
CSF
Sensibilità
Qualità dell’immagine
Noise Equivalent Count Rate
11
Parametri caratterizzanti
Risoluzione spaziale
Scatter fraction
Sensibilità
Qualità dell’immagine
scatterrandomtrue
true
RRR
RNECR
2
Noise Equivalent Count Rate
12
Parametri caratterizzanti
Risoluzione spaziale
Scatter fraction
Sensibilità %BRA
RS
Efficienza di rivelazione
Efficienza geometrica
Tempo morto
Qualità dell’immagine
Noise Equivalent Count Rate
13
Parametri caratterizzanti
Risoluzione spaziale
Scatter fraction
Sensibilità
Qualità dell’immagineSpillover ratio
Recovery coefficient
Noise Equivalent Count Rate
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Albira ARS PET
Specifiche AlbiraTipo di rivelatore Cristallo singolo di LYSO 50x50x10 mm3
Numero di rivelatori 2 anelli: 8 rivelatori per anelloDOI correction basata sulla distribuzione della luce rivelata
(LSD)Sensibilità 5%Risoluzione (mm) 1.2FOV transassiale (mm) 80FOV assiale (mm) 94
Design
15
Albira ARS PETDesign
16
Albira ARS PET
Proprietà NaI (Tl) BGO LYSOZ efficace 50 74 66Densità (g/cm3) 3.7 7.1 7.4Tempo di decadimento scintillazione (ns) 230 300 41Risoluzione in energia (% a 511 keV) 6.6 20 8Light output (fotoni per keV) 35 6 32
Design
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Dati di output dal tomografo
RAW DATA
•Calibrazione geometrica•Calibrazione energetica•Dead time
18
Dati di output dal tomografo
RAW DATA
•Calibrazione geometrica•Calibrazione energetica•Dead time
LIST MODE
19
Dati di output dal tomografo
RAW DATA
•Calibrazione geometrica•Calibrazione energetica•Dead time
LIST MODE
IMMAGINE
Ricostruzione:•Normalizzazione:mappa sensibilità•Quantificazione
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Valutazione conteggi intrinseci e fondoDecadimento 176Lu
Rintr
Aref
Attività minima che permette di distinguere i conteggi dovuti alla
sorgente da quelli dovuti a radioattività intrinseca e fondo
rtrue
random
rtotgletrue
totglerandom
true
random
RR
R
RRR
RR
R
R
int
int_sin
_sin
2
%1
Se
Allora:
Il minimo diFinestra energetica: (358-
664)keV
21
Valutazione conteggi intrinseci e fondo
bAaR gle sin
99.0
)9488(
/)71770(
2
R
cpsb
MBqcpsa
kBqA
cpsR
ref
r
)4276(
)9488(int
Post-ricostruzione cpsR r 38.0int Senza attività
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Uniformità e risoluzione energetica
A=(3.5 ± 0.2)MBq
Posizionamento ripetibile
Acquisizione statica 600s
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Uniformità e risoluzione energeticaALBIRA SUPERVISOR
24
Scatter fraction
Progettazione fantoccio
A=(32 ± 2)MBq
Preparazione siringaL=10 cmD=5 cm
25
Scatter fraction
Acquisizione Ricostruzione Incertezza Elaborazione
Dinamica 18 ore108 frame da 600s
(Rr/Rt)<1% A<Aref
26
Scatter fraction
Acquisizione Ricostruzione
OSEM 80x80x94
Immagine (.img)
Sinogramma
Incertezza Elaborazione
Scatter fraction
Acquisizione Ricostruzione Incertezza
Fantoccio uniforme
Originale
25 75
Elaborazione
SD=1.25%
Scatter fraction
Acquisizione Ricostruzione Incertezza Elaborazione
Csx Cdx
Immagine slice trasversale Sinogramma Sinoshift
600/)(
600/
600/
srtottrue
tottot
srsr
CCR
CR
CR
29
Scatter fraction
SFtot=(12 ± 3)%
Sanchez et al., SF= 13%
Frame j’(Rr/Rt)<1%
i j truescatter
i j scatter
tot
j truescatter
j scatter
i
RR
RSF
RR
RSF
'
'
'
'
100
100
30
Scatter fractionFrame j
tot
true
rtruetots
truetotr
R
RNECR
RRRRSF
RRR
2
1
31
Scatter fraction
32
Scatter fractionSanchez et al.
33
Sensibilità
18 frame da 300sSpostamento assiale 0.5cm
Acquisizione
%BRA
RS
BR=0.899
34
Sensibilità
Pre-Ricostruzione Post-Ricostruzione
%BRA
RS
BR=0.899
Sanchez et al.
posizione cm
0 4.7 9 0 2.3 4.7
posizione cm
Specifiche Albira
Tipo di rivelatore Cristallo singolo di LYSO 50x50x10 mm3
Numero di rivelatori 2 anelli: 8 rivelatori per anello
DOI correction basata sulla distribuzione della luce rivelata (LSD)
Sensibilità 5%
Risoluzione (mm) 1.2
FOV transassiale (mm) 80
FOV assiale (mm) 94
35
Sensibilità
18 frame da 300sSpostamento assiale 0.5cm
Pre-Ricostruzione Post-Ricostruzione
%BRA
RS
BR=0.899
0 2.3 4.7
posizione cm
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Qualità dell’immaginePreparazione fantoccio
D1=10mmD2=13mm
37
Qualità dell’immagine
Fondo caldo sfere fredde
Concentrazione fondo14 kBq/ml
Sfera(10mm) aria
Sfera(13mm) acqua
Acquisizione statica 20 min
Ricostruzione OSEM 80x80x100 10x10
14x14
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Qualità dell’immagine
Fondo caldo sfere fredde
Concentrazione fondo14 kBq/ml
Sfera(10mm) aria
Sfera(13mm) acqua
Acquisizione statica 20 min
Ricostruzione OSEM 80x80x100
)1(
)1(
_
_
_
_
mediofondocaldo
medioacquaacqua
mediofondocaldo
medioariaaria
C
CSOR
C
CSOR
2
_
2
_
2
_
2
_
)()(100
)()(100
mediofondocaldo
fondo
medioacqua
acquaacqua
mediofondocaldo
fondo
medioaria
ariaaria
C
SD
C
SDSD
C
SD
C
SDSD
39
Qualità dell’immagine
Fondo caldo sfere fredde
Concentrazione fondo14 kBq/ml
Sfera(10mm) aria
Sfera(13mm) acqua
Acquisizione statica 20 min
Ricostruzione OSEM 80x80x100
)1(
)1(
_
_
_
_
mediofondocaldo
medioacquaacqua
mediofondocaldo
medioariaaria
C
CSOR
C
CSOR
2
_
2
_
2
_
2
_
)()(100
)()(100
mediofondocaldo
fondo
medioacqua
acquaacqua
mediofondocaldo
fondo
medioaria
ariaaria
C
SD
C
SDSD
C
SD
C
SDSD
Sanchez et al.
40
Qualità dell’immagine
Fondo caldo sfere calde
Concentrazione fondo140 kBq/ml
Concentrazione sfere2 MBq/ml
41
Qualità dell’immagine
Fondo caldo sfere calde
Concentrazione fondo140 kBq/ml
Concentrazione sfere2 MBq/ml
)1(
)1(
)1(
)1(
13_
13
13
10_
10
10
fondo
sfere
mmmediofondo
mmmedio
mm
fondo
sfere
mmmediofondo
mmmedio
mm
a
a
CC
RC
a
a
CC
RC
2
13
132
13
1313
2
10
102
10
1010
)()(100
)()(100
mmmediofondo
mmfondo
mmmedio
mmmm
mmmediofondo
mmfondo
mmmedio
mmmm
C
SD
C
SDSD
C
SD
C
SDSD
42
Qualità dell’immagine
Fondo caldo sfere calde
Concentrazione fondo140 kBq/ml
Concentrazione sfere2 MBq/ml
43
Risoluzione spazialeOffset radiali: 5,10,15,20 mm
Acquisizione: statica 300s
Ricostruzione: OSEM 80x80x94
Centro FOV e 1/4 FOV
FOV80x80x94
immagine80x80x100
voxel1x1x0.94 mm3
incertezza±0.5mm
XmaxYmaxZmax
PSF
2
)(2
02/
w
xx c
ew
Ayy
2/w
44
Risoluzione spaziale)_()2ln(22 sizepixelFWHM )_()10ln(22 sizepixelFWTM
45
Risoluzione spaziale
2
)(2
)(
4/1,4/1,4/1
,,
FOVyFOVxFOVtrasv
CFOVyCFOVxtrasvCFOV
FWHMFWHMRES
FWHMFWHMRES
46
Risoluzione spaziale
Specifiche Albira
Tipo di rivelatore Cristallo singolo di LYSO 50x50x10 mm3
Numero di rivelatori 2 anelli: 8 rivelatori per anello
DOI correction basata sulla distribuzione della luce rivelata (LSD)
Sensibilità 5%
Risoluzione (mm) 1.2
FOV transassiale (mm) 80
FOV assiale (mm) 94
2
)(4
(
4/1,,
4/1,4/1,,,
FOVzCFOVzass
FOVyFOVxCFOVyCFOVxtrasv
FWHMFWHMRES
FWHMFWHMFWHMFWHMRES
48
®Decodificare i dati .lm per produzione dei sinogrammi 2D
®Rendere più user friendly il programmino Matlab
®Implementare algoritmo di ricostruzione con matrice più fine per valutazione della risoluzione spaziale
e ora….