Park Infinia - Style & Exclusivity at 3 BHK flats in Hadapsar & Phursungi
Instrumentación para Cardiología Nuclear - Human … · 2018-05-07 · Sistemas SPECT/CT GE...
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Declaración de conflicto de interés: Conflicto de interés con la empresa SIEMENS. Gerente de Modalidad para Imágenes Moleculares.
¿Cómo trabaja la Gamacámara?
• Los rayos gama pasan a través del colimador y son convertidos en destellos de luz por el cristal de NaI
• la luz es convertida en una señal eléctrica por un conjunto de tubos PMT
• la señal eléctrica es separada por el circuito de posicionamiento lógico en 3 señales X,Y,Z
• X,Y - coordenadas de posición de la interacción del rayo gama en el cristal
• Z - señal de energía proporcional a la energía del rayo gamma incidente
e-
Los dínodos tienen voltaje creciente
Ánodo Fotocátodo
Electrónica
Fotón de luz
incidente
Dínodos
Tubo de vidrio al vacío
Fotoelectrón
Tubo Fotomultiplicador
γ γ
• El evento activa los FT
cercanos.
• La tasa de luz colectada en
los FT activados da la
posicion del evento (logica
Anger). • El apilamiento de pulsos
ocurre cuando los FT
activados reciben mas luz
de centelleo durante la
integracion.
• Asi grandes porciones del
detector quedan “muertas”
cada vez que hay una
interaccion.
Si el evento
apilado no es
rechazado, la logic
Anger lo coloca
aqui
La camera Anger en PET
Diseño del Detector con lógica Anger
*
50-mm
FTs
cristal continuo
Funcion de respuesta
integradas
senales FT
*
cristal discreto
39-mm FTs
Ancho Angosto
a la luz
El cristal de Ioduro de Sodio
• tiene un alto número atómico (Z=53, iodine)
• es bastante denso y por lo tanto tiene un buen poder de frenado para los rayos gama utilizados en medicina nuclear
• el número de fotones de luz es directamente proporcional a la energía del fotón gama incidente
Objetivo: convertir rayos gamma en fotones de luz
El ioduro de sodio es usado porque:
Tubos Fotomultiplicadores
• La salida del TFM es proporcional a su distancia al sitio de interacción del rayo gama
• Se asignan factores de peso a cada TFM de acuerdo a su posición en el cristal
• La suma de los factores de peso a la salida del TFM = posición del centelleo
• Las salidas de los TFM son sumadas para dar una señal proporcional a Z La salida total de los TFMs es proporcional a la luz producida en el cristal y por lo tanto a la energía del rayo gama
Analizador de Altura de Pulsos
• Analiza la amplitud de la señal de energía y rechaza cualquier señal fuera de cierto límite de energía - ventana de energía
• Es utilizado para remover los rayos gama dispersados (scattered) y reducir esta energía de la imagen
• La resolución de energía del detector determina que tan angosta debe ser configurada la ventana
Resolución
Capacidad del sistema para identificar con
exactitud dos eventos separados:
por el espacio
por el tiempo
por diferentes energías
Pasaje de los rayos gama a través de un colimador de agujeros paralelos
• El colimador guía la dirección
• El tamaño y largo de los agujeros del colimador determinan que rayos gama alcanzan el detector
• Los agujeros pequeños aumentan la resolución pero disminuyen la sensibilidad
Colimadores
• La elección del colimador determina el tamaño, la sensibilidad y la resolución de la imagen
• Ejemplos: LEHR, LEAP/LEGP, LEHS, LEUHR, LEHRFB Pinhole ME(67Ga),
HE(131I) UHE(18F)
Philips Medical Systems BrightView XCT
Sistemas SPECT/CT
GE Healthcare Infinia-Hawkeye
Siemens Healthcare Systems Symbia Philips Medical Systems Precedence
Mediso, Nucline DHV/CT
Cristal de yoduro sodico
Limitaciones del SPECT
Solo una porción del cristal es usada para captar la imagen del corazón
Sistemas comerciales de GC de estado sólido
dedicadas a SPECT cardíaco
DSPECT – 9 CZT detectors
DNM 530c
19 CZT detectors
Cardius 3 XACT – 3 CsI cameras
Anger Camera
Side view cutaway
End view
1985…2000 The Revolution Starts Here!!
128 “Crystal/PMTs”
GC de Estado Sólido
scintillator
lightguide
PMT CZT
γ
γ
Conversion indirecta vs directa
Anger 9.5% 99mTc:
140 keV
123I:
159 keV
50 100 150 keV 200
point sources in air
Alcyone 6.0%
Anger 9.5% 99mTc:
140 keV
123I:
159 keV
50 100 150 keV 200
point sources in air
Alcyone 6.0%Alcyone 6.0%
Improved Energy + Spatial Resolution
Digirad Solid-State Module
• Solid-state modular
design replaces the
photomultiplier tubes
used in conventional
cameras
• The camera head
contains 32 modules.
Si Photodiode
CsI (TI) Scintillation Crystal
Circuit BoardReadout Electronics
CsI/Si Imager Head
Collimator
Lead Shielded Head
Array of Detectors
Conventional Anger vs. Solid-State Gamma Camera
Spatial Response Comparison
0.5 3
5.5 8
10
.5
13
15
.5
18
20
.5
23
25
.5
0.5
4.5
8.5
12.5
16.5
20.5
24.5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Re
lati
ve
Re
sp
on
se
X mm
Y mm
Digirad
Camera
Scintillation
CameraDirect digital positioning
provides for excellent
spatial response and
enhanced image
contrast and resolution.
Point Spread Function
Shape Comparison
Pixellated
Anger
Digital Position SensingTM
• Excellent spatial
response
• Enhanced image
contrast
• Better image
resolution
Anger
Camera
Solid-State
Camera
Planar views
Equivalent counts in each image
Spatial Response and Source Energy
Direct Position SensingTM Anger Technology
99mTc
201Tl
With Direct Position SensingTM, intrinsic spatial response is independent
of source energy, unlike Anger technology. This means fewer uniformity
calibrations and excellent clinical image quality.
Digirad, Inc. Cardius X-ACT
System for Cardiac imaging
(w/ measured AC)
Cámaras SPECT especialmente diseñadas para cardiología nuclear
4 cm
• Multi “cameras” pinhole rinde 5-10 veces SPECT
• Enfocadas en el corazón
• Ningún movimiento (como PET)
•Usa colimadores pinhole de plomo y tungsteno
•Detectores CZT de estado sólido
Anger 9.5% 99mTc:
140 keV
123I:
159 keV
50 100 150 keV 200
point sources in air
Alcyone 6.0%
Anger 9.5% 99mTc:
140 keV
123I:
159 keV
50 100 150 keV 200
point sources in air
Alcyone 6.0%Alcyone 6.0%
Discovery NM 530c
Spectrum Dynamics: The D-SPECT Technology
D-SPECT™ Cardiac Scanner
D-SPECT™ detector unit
D-SPECT™ detector head
Enables personalized scanning: • independently controlled detector units • many scanning angles • proprietary algorithms
Up to 10X more sensitivity • ROI-centric scanning • Wide solid angle, tungsten collimators • CZT solid state detectors
ROI-Centric Scanning
Flexible sampling
variable angular sampling
variable time per angle
choice of field-of-view
cardiac counts increased
compared to SPECT by ~1.5 - 2.0
Spectrum Dynamics: The D-SPECT Technology
D-SPECT™ detector head
detector
columns
Spectrum Dynamics: The D-SPECT Technology
• Detectores de estado sólido CZT
• Colimadores de tungsteno
• ~ 8X más sensibilidad
Resolución de energía <6%
D-SPECT spectra
0
20
40
60
80
100
120
25 50 75 100 125 150 175 200
Energy (keV)
No
rma
lis
ed
co
un
t-ra
te (
%)
Tl-201
Gd-153
Co-57
Tc-99m
I-123
Spectrum Dynamics: The D-SPECT Technology
AXIS, Philips Medical Systems D-SPECT, Spectrum Dynamics
stress: 19min; rest: 11min stress: 4min; rest: 2min
Detector CZT o NaI
Sensibilidad ~3x ↑resolución
Colimador slit/slat con slits rotatorios
CardiArc
Sistemas SPECT/CT dedicados
IQ•SPECT Technology
SMARTZOOM Collimation
Acquisition Reconstruction
4x more counts from the heart than LEHR
No truncation
48,000 uniquely positioned holes
Forward
Projection
Back
Projection
Up
da
te
Co
mp
are
The SMARTZOOM collimator is designed so that the center of the field of view magnifies the heart, while the edges sample the entire body to avoid the truncation artifacts, which are common to pinhole and focusing collimators
By combining the advantages of a converging collimator at the center of the field of view and a diverging collimator at the edges, we are able to use the large FOV and to magnify the heart in two spatial dimensions (axial and transaxial)
SMARTZOOM Collimator Design Allows for the Magnification of the Heart Using a Large FOV
Converging
Diverging
LEHR Parallel Hole SMARTZOOM
LEHR Parallel Hole vs. SMARTZOOM Collimation
Acquired counts from the heart occupy a small portion of the detector
4x more counts are acquired from the heart and fewer from the rest of the body
4x more counts from the heart than LEHR
No truncation
48,000 uniquely positioned holes
SMARTZOOM Collimation
IQ•SPECT Technology
Acquisition Reconstruction
Cardio-centric orbit
Heart is always in the maximum zoom area
Heart is in the center of rotation
Forward Projection
Back Projection
Up
dat
e C
om
pare
IQ•SPECT Acquisition Cardio-centric orbit
Detectors are at 104
~10 cm between the detectors
Cardio-centric orbit
Radius of rotation = 28 cm
Rotation arc is 104
Heart is center of rotation
LEHR SPECT Acquisition
Reconstruction protocol options:
FBP:16 min, full dose
cardio•Flash: 8 min, full dose
cardio•Flash: 16 min, half dose
IQ•SPECT Technology Acquires 4x More Counts
IQ•SPECT Acquisition
4x counts allows choice of protocol:
4 min, full dose
8 min, half dose
16 min, quarter dose
SMARTZOOM Collimation Acquisition
Cardio-centric orbit
Heart is always in the maximum zoom area
Heart is in the center of rotation
4x more counts from the heart than LEHR
No truncation
48,000 uniquely positioned holes
IQ•SPECT Technology
Reconstruction
Data driven
Cardio-centric orbit modeled
Conjugate gradient method
Forward Projection
Back Projection
Up
dat
e C
om
pare
IQ•SPECT Reconstruction
Reconstructed resolution in a circular orbit (7.4 mm)*
Realizes the 4x sensitivity gain of the SMARTZOOM collimator
To accomplish these goals the reconstruction must correctly model the geometry of the SMARTZOOM collimators and the cardio-centric orbit
Forward Projection
Back Projection
Up
dat
e C
om
pare
IQ•SPECT: Normal Stress Perfusion
4 min IQ•SPECT compared to 16 min LEHR acquisition
LEHR
CTAC
IQ•SPECT
CTAC
LEHR
CTAC
IQ•SPECT
CTAC
Reconstrucción Iterativa (RR+NR)
MLEM (OSEM)
MAP – maximum a posteriori algorithm uses MLEM with a Bayesian prior that constraints reconstruction variables
Wide Beam Reconstruction (UltraSPECT)
Astonish (Philips)
Flash3D (Siemens)
Evolution (GE)
nSPEED (Digirad)
detector
(projection)
object
requiere varias iteraciones
mejores propiedades de ruido
mitad de tiempo de adquisición
Modelado de la Resolución
Innovaciones en Procesamiento
10 min CDR compensation
20 min No compensation
RR uses real geometry
FBP Assumption
Voxels
Radioactive Source
Detector
Recuperación de Resolución
Resolution Recovery Reality
* Cut-off freq.,
Butterworth filter
OSEM+ w/
comp. of
geometric,
penetration
& scatter
OSEM+ w/
comp. of
geometric
response
only
1st it 2nd it. 5th it.
10th it. 15th it. 20th it.
FBP* w/o
any comp.
OSEM+ w/o
any comp.
0.08/pix 0.1/pix 0.15/pix
0.22/pix 0.30/pix 0.5 c/p + 16 subsets, 4
projections/subset
1st it 2nd it. 5th it.
1st it 2nd it. 5th it.
10th it. 15th it. 20th it.
10th it. 15th it. 20th it.
I-131
Data courtesy E Frey,
B Tsui, John Hopkins
Recuperación de la Resolución
Modelando la Resolución del Sistema
(UltraSPECT, Astonish, Flash, Evolution)
FBP
WBR
FBP 10 min scan
WBR 5 min scan
Indirect vs. direct conversion
X-ray or -ray
Q.E. 20%-80%
electronics
e e e
e e
e e e
e e e
e e e
e
Photosensor (PMT):
2000 photo-electrons
Noise (APD/PD)
Gain variation
Light transport
Light generation
Direct Indirect
Scintillator (e.g. NaI:Tl):
9000 photons @ 140 keV
X-ray or -ray
electronics
e
h h
h
h h
e e e e
cathode
anode
Noise
Charge generation
Charge transport
Assuming no other sources of noise,
Poisson statistics dictates energy resolution:
FWHM ~ 2.355 / N
~ 6 % for NaI
~ 1.4 % for CZT
energy light photo-electrons
energy charge carriers
Direct Conversion (CZT):
30,000 photons @ 140 keV
Not achieved
in practice…