AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

RIDUZIONE DELLA DOSE IN Spect/ct

O. Zoccarato

Servizio di Medicina Nucleare

IRCCS FSM

CM Veruno

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Disclosure Slide

Il sottoscritto Orazio Zoccarato

DICHIARA

che, nell’esercizio delle funzioni di Relatore, NON E’ in alcun modo portatore di interessi commerciali propri o di terzi; dichiara altresì che gli eventuali rapporti avuti negli ultimi due anni con soggetti portatori di interessi commerciali non sono tali da permettere a tali soggetti di influenzare le proprie funzioni al fine di trarne vantaggio;

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re BEIR VIIDati NCRP 1987

Dose annuale per persona (tutte le fonti) ~ 2.95 mSv

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

NM/(NM+Rad.) %

1987 26

2006 34

Mettler et al U.S. and Worldwide Radiology and Nuclear Medicine; Radiology: Volume 253: Number 2—November 2009

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re Multiple testing, cumulative radiation dose, and clinical indications in patients undergoing myocardial perfusion

imaging.Einstein AJ et al. JAMA 2010 Nov 17;304(19):2137-44.

Obiettivo e selezione pazienti: Una coorte di 1097 pazienti consecutivi sottoposti a MPI nel periodo dal 1 Gennaio al 10 Aprile 2006 presso la Columbia University MC, è stato valutato retrospettivamente per tutte le procedure di imaging con RI eseguite presso il centro tra ottobre 1988 e giugno 2008.

Risultati: Ogni paziente è stato sottoposto ad una media di 23.9 procedure con

RI Al 31.4% dei pz è stata stimata una dose efficace cumulativa > 100

mSv Il 38.6% dei pz sono stati sottoposti a studi multipli di MPI con

mediana 121 mSv MPI

Tutte le procedure

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re … e in italia

(*) Estimated Radiation Exposure from Medical Imaging in Hemodialysis Patients; A. De Mauri et al -J Am Soc Nephrol 22: 571–578, 2011

CED in Hemodialysis Pts (*)mSv/y % pazienti

< 3 20.8 3 - 20 48.1

20 - 50 20.8> 50 10.4

3 y follow-up

> 100 mSv 15.1   

Mean (mSv) = 57.7  Median (mSv) = 27.3  

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re RazionaleE’ dimostrato che i sistemi ibridi SPECT/CT forniscono un valore incrementale significativo rispetto alla sola SPECT.

Dal punto di vista della radioprotezione, la SPECT/CT è impegnativa e metodologicamente complessa per diverse ragioni:

Rispetto al PET, per la SPECT vi è un numero elevato di radiofarmaci approvati e alcuni dei quali possono esporre i pazienti a notevoli livelli di radiazione a causa della lunga emivita dei traccianti utilizzati

Gli studi la SPECT/TC sono di solito eseguiti dopo scintigrafia planare convenzionale e generalmente si concentrano su una specifica regione del corpo per una valutazione più dettagliata. Conseguentemente, la dosimetria da CT deve essere adattata alla particolare regione di scansione.

Gli esami SPECT/TC sono spesso effettuati su pazienti non anziani, affetti da malattie «benigne» e quindi pz con elevata suscettibilità radiazioni e buona aspettativa di vita

Tuttavia, l'acquisizione combinata di immagini funzionali e anatomiche può aumentare sostanzialmente l'esposizione alle radiazioni dei pazienti, in particolare quando si utilizzano sistemi ibridi dotati di CT diagnostiche.

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

LAR per esame diagnostico CT completo

LAR per esame tipico esame SPECT

Eur J Nucl Med Mol Imaging (2014) 41 (Suppl 1):S125–S136

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re Cluster di età %

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Estimated additional lifetime attributable cancer risk

SPECT rest-stress 99mTc

Coronary CTA with tube current modulation

R. Fazel et al. - Approaches to Enhancing Radiation Safety in Cardiovascular Imaging: A Scientific Statement From the American Heart Association - Circulation. 2014; 130: 1730-1748

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

CT

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

mA La corrente del tubo è correlata linearmente alla dose di radiazione.Time per rotation

linearmente alla dose.

mAs Ridurre i mAs per ridurre la dose aumenta il rumore (1 /√ mAs).

kVp La radiazione X in uscita è proporzionale circa (kVp)2. Cambiando la tensione da 140 a 120 kV si riduce la dose al paziente del 38%.

Pitch La dose è inversamente proporzionale al pitch.

Scan lengthLa dose aumenta in modo lineare all’aumentare della lunghezza del paziente irradiato a causa dell'esposizione di altri tessuti e organi.

Slice thickness influenza indiretta perché legato al rumore

Patient sizeA parità di parametri di acquisizione, il paziente con una minore massa corporea riceve una dose di radiazioni superiore a quella di paziente più grandi.

Parametri che influenzano la dose in CT

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Centeringerror

Excessive dose

Dose too low

Average elevation error 2.5 cm low

1

20cm

Fan angle

50%

90%

0%

High noise streaks due to mis centering

Increased dose tobreast

% Effective mA reduction contours

Patient 6 cm too low

Modulazione del fascio e imprecisa centratura del paziente

Courtesy by GE Healthcare ltd

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Effetto sulla qualità dell’immagine al variare dei mAs

200 mAs 100 mAs 50 mAs200 mAs

Quale è il livello di rumore “accettabile” per le finalità dello studio in corso?

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re Ricostruzione iterativa in CT

FBP

Low Dose Abdomen/Pelvis 120kV ~100mA 0.5s P63/64:1 0.625mm

ASIR

Courtesy by GE Healthcare ltd

IN TC si è passati da sistemi di modulazione della DOSE ad algoritmi di ricostruzione iterativi che consentono di ottenere immagini TC di ottima qualità a partire da dati acquisiti a basse dosi.

SIEMENS: IRIS (Iterative Reconstruction in Image Space)

GE: ASIR (Adaptive Statistical Image Reconstruction)

PHILIPS: iDOSE

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re Hawkeye 4 CT

ProceduraEstensione

(cm)Tensione

kVCorrente

mADose efficace

(mSv)

attenuazione SPECT mioc.

40 140 1.0 0.72

40 140 2.5 1.8

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

ProceduraDistretto/

Estensione assiale (cm)

mAseff mA kVCollimaz.

(mm)Feed/rot (mm)

PitchTempo/

rot(s)

Dose effica

ce (mSv)

attenuazione SPECT miocardica (BMI < 25)

Cuore16.5

108 39 100 12 6.5 0.54 1.5 3.3

attenuazione SPECT miocardica (> 70 kg)

Cuore16.5

108 39 120 12 6.5 0.54 1.5 4.5

fusione con immagini di Med. Nucleare

Torace26.5

70 175 120 24 30 1.25 0.5 2.6

CT Somatom Sensation 16

Procedura Estensione (cm)

Tensione kV

Corrente mA

Dose efficace (mSv)

Att. mioc. 25 140 1.0 0.68

Addome 40 140 1.0 2.12

Paratiroide 40 140 2.5 7.82

Hawkeye 4 CT

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

“the dose reduction potential for CT has been estimated to > 80 %, which means that images could be produced with one-fifth of the dose. Sub mSv imaging is already a reality for a few applications, e.g. in cardiac and paediatric CT.”

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Come ridurre ulteriormente la dose al paziente?

• Personalizzazione della attività iniettata

• Nuovo software in grado di:– Ottenere la stessa qualità dell’immagine con

● Dosi inferiori● Tempi ridotti

• Nuovo hardware in grado di:– aumentare la sensibilità– migliorare il rapporto contrasto- rumore– ridurre i tempi di acquisizione

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Dose efficace (mSv)

Classe BMI Range BMI LDR (*) 8 MBq/kg 4 MBq/kg

Sottopeso <18.5 14.59 7.44 3.87Normo peso 18.5 24.9 13.09 8.58 4.84Sovrappeso 25 29.9 13.16 9.30 5.62Obeso >30 15.54 11.45 6.98

Totale pazienti 3644 2352 1177

(*) 500 + 500 per pz. < 60kg740 + 740 per pz. compresi tra 60kg e 100kg1100 + 1100 per pz. > 100kg

Dose al paziente... la cardiologia nucleare …

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Dose Efficace (mSv) °

BMI Stress (MBq)

Rest (MBq)

BMI model

EANM model

single day20 328 655 7.5 9.324 351 702 8.0 12.135 403 806 9.2 12.1

dual day20 328 328 5.5 7.624 351 351 5.9 12.435 403 403 6.8 14.9

Attstd = 350MBq stress sday and dual day 700MBq rest sday

Modulazione dell’attività iniettata (in funzione del BMI)

( )2470

−+= pzstd

stdpz BMIAtt

AttAtt

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Nuovo software

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re Dose reduction using the Iterative reconstruction algorithms

with resolution recovery (IRR)

• I nuovi software di ricostruzione IRR:

Consentono di ottenere immagini di qualità superiore a quelle ottenute con le tecniche convenzionali

Consentono di acquisire studi in minor tempo e/o con minore dose erogata al paziente (- 50% della dose al paziente a parità di accuratezza diagnostica vs standard FBP)

Possiedono caratteristiche tra loro differenti

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Comparative analysis of iterative reconstruction algorithms with resolution recovery for cardiac SPECT studies. A multi-center phantom study (*).

(*) Zoccarato O et al. - J Nucl Cardiol 2014;21:135–48

1) LV wall thickness (FWHM in the medial section) – true value 10 mm

2) Contrast between LV wall and inner chamber

3) Background Variability assessed on the liver

4) PD contrast in LV wall – ideal value 100%

S = 199.96466601r = 0.99688541

X Axis (units)

Y A

xis

(u

nit

s)

4.6 8.6 12.5 16.5 20.4 24.4 28.3

IMAGE QUALITY EVALUATION

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re Conclusioni Indipendentemente dalla combinazione scanner /software, gli algoritmi

IRR con riduzione del rumore (IRR NC) determinarono un miglioramento statisticamente significativo e potenzialmente clinicamente rilevante di tutte le figure di merito analizzate.

La sola AC (IRR AC) ha prodotto risultati simili a IRR NC a meno di una ulteriore riduzione del 4 % in BV rispetto alla IRR NC. ● Secondo questi risultati la dose CT aggiuntiva somministrata al

paziente, seppur piccola (la dose tipica per studio stress /rest 0,3-1,3 mSv), non sembra essere giustificata

La migliore opzione disponibile sembra essere IRR SCAC:

Supponendo che 6 Mcount siano i conteggi accumulati in uno studio con protocollo standard, con gli algoritmi IRR, la riduzione fino ad un quarto di questo valore (1,5 Mcounts) non compromette le prestazioni di nessuna delle figure fisiche di merito prese in considerazione.

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Nuovo hardware

Progetti GICN:CILDA2 - PET TOF + PSF

CILDA3 – CZT e collimatori astigmatici

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re CZT - Collimatore fori paralleli

Raffreddamento ad aria Movimento rivelatori: rototraslazione Accoppiamento elemento di rivelazione –

canale collimatore Campionamento FOV differenziato:

● 75% su area cardiaca● 25% su background

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

• Raffreddamento con liquido• Singolo punto focale• Inviluppo dei singoli FOV• FOV = sfera di diametro 19 cm• Fattore riduzione dell’oggetto =

DPD/SPD

CZT - Collimatore Multi-pinhole

Pinhole

DetectorSubject

SPDDPD

SHDH

Pinhole

DetectorSubject

SPDDPD

SHDH

DPD=Detector to Pinhole DistanceSPD = Source to Pinhole Distance

Dome effect

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Rivelatore convenzionale NaI(Tl) posizionamento del cuore al centro del campo visivo

del collimatore in un’orbita cardiocentrica. Il cuore è mantenuto nella zona di ingrandimento

massimo, al centro dell'asse di rotazione. I detettori sono distanziati di ~10cm, con angolazione

di 104° il raggio di rotazione è di 28 cm.

Collimatore Astigmatico

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Apparecchiature basate su rivelatori CZT hanno una risoluzione doppia e una sensibilità tra 4 e 7 volte superiore a quella delle apparecchiature convenzionali

Compared performance (*)

(*) Imbert L et al. - J Nucl Med. 2012;53:1897-1903.

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re IQ Alcyone D-SPECT

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

IRCCS, Scientific Institute of Veruno (NO) – University Hospital ‘Maggiore della Carità’, Novara – Hospital San Raffaele, Milan – Polyclinic Agostino Gemelli, Rome – University of Milan, San Paolo Hospital, Milan

Main Effect Description

Thickness of

LV wall

(mm)

Sharpness

Index

(cm-1)

CNR

 

CTD

(%)

Scanner/

software

D-SPECT

Discovery 530C

Discovery 530c-AC

13.6±0.1

19.6±0.2

19.2±0.2

0.56±0.02

0.66±0.04

0.69±0.01

4.4 ± 0.9

4.5 ± 0.7

4.8 ± 0.8

59.3 ± 4.6

55.8 ± 5.9

56.1 ± 2.8

  ANOVA: p value < 0.0001* < 0.0001* 0.41 0.11

Results

Comparative Analysis of Cadmium Zincum Telluride Cameras dedicated to Myocardial Perfusion SPECT. A Phantom Study.

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

Main Effect Description

Thickness of

LV wall

(mm)

Sharpness

Index

(cm-1)

CNR

 

CTD

(%)

Study count

statistics

1.5 Mcounts

1.0 Mcounts

0.5 Mcounts

17.6 ± 2.9

17.7 ± 3.1

17.5 ± 3.1

 0.63 ± 0.06

0.63 ± 0.07

0.64 ± 0.05

5.0 ± 0.7

4.5 ± 0.7

4.2 ± 0.9

57.9 ± 4.4

57.7 ± 4.8

56.1 ± 5.3

  ANOVA: p value 0.67 0.62 0.018* 0.57

Results and conclusion

In condizioni cliniche, utilizzando i parametri di ricostruzione di default, i risultati dimostrano che le differenze intrinseche dei due sistemi portano a risultati significativamente differenti, soprattutto nello spessore della parete LV. Non sono state riscontrate differenze significative nel contrasto sul difetto transmurale.

L’assenza di differenze significative nei parametri considerati per le statistiche di conteggio esplorato, sembra indicare che vi è ancora la possibilità di una ulteriore riduzione dell'attività iniettata e/o del tempo di acquisizione per ridurre l'esposizione alle radiazioni dei pazienti e degli operatori.

AIM

N -

Ass

oci

azi

one

Ita

liana

di M

edic

ina

Nuc

lea

re e

d Im

agin

g M

ole

cola

re

… in sintesi … La dose alla popolazione da procedure mediche con RI è in

costante aumento ● i principi di radioprotezione (giustificazione e ottimizzazione)

devono essere sempre in evidenza

Le apparecchiature ibride SPECT/CT sono un formidabile strumento diagnostico ma sono anche concausa dell’aumento della dose alla popolazione

La riduzione della dose in SPECT/CT è possibile e si basa su:

• ottimizzazione delle tecniche di acquisizione CT

• modulazione della attività iniettata al paziente

• adozione delle nuove tecnologie software e hardware già disponibili

… la parola al prossimo

relatore

Grazie…