1

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

2

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

4

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

5

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

8

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

14

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

17

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

20

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

22

Uniformità e risoluzione energetica

A=(3.5 ± 0.2)MBq

Posizionamento ripetibile

Acquisizione statica 600s

23

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

36

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

38

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….