Gamma-kamerák planáris és SPECT minőségi paraméterei

Varga József

Debreceni Egyetem

Nukleáris Medicina Intézet

2009

Minőségellenőrző mérések típusaiMinőségellenőrző mérések típusai

• Specifikáció (specification)a gyárban

• Átvételi és referencia-vizsgálatok (Acceptance & Reference testing)a telepítés során

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 2

a telepítés során

• Rutin ellenőrzések (routine testing)rendszeresen a megelőző karbantartás és beszabályozás részeként

GAMMA-KAMERÁK JELLEMZŐIGAMMA-KAMERÁK JELLEMZŐI

• Látómező mérete Field of view

• Kristályvastagság Crystal thickness

• Kollimátorok Collimators

• Képbegyűjtési korrekciók On-line corrections

• Begyűjtés több csatornában Multiple energy acquisition

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 3

• Begyűjtés több csatornában Multiple energy acquisition

• Látómező részének kinagyítása Zoom facility

• Nyomtatók Hard copy devices

• Minőségi paraméterek ... Quality parameters ...

From: Quality control of gamma cameras and associated computer systems

Gamma-kamerához csatolt SZÁMÍTÓGÉPEK JELLEMZŐIGamma-kamerához csatolt SZÁMÍTÓGÉPEK JELLEMZŐI

Hardware:

• memória mérete

• analóg-digitál átalakító (ADC)

• képmemória• kijelző

Software:• képmátrix• pixelmélység (1-2 byte)• list mode?• gyűjtés több energiacsatornán

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 4

• kijelző

• EKG-kapuzás

• ROI kijelzési módok

• lemezes tároló mérete

• nyomtatók

• adatátvitel

From: Quality control of gamma cameras and associated computer systems

• gyűjtés több energiacsatornán• zoom• adatbázis• alkalmazói software• programozhatóság• „makrók”

NEMA NU-1 StandardNEMA NU-1 Standard

NEMA: National Electrical Manufacturers Association(USA)

NU-1 (2001): Performance Measurements of

Scintillation Cameras

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 5

• Definíciók, a teljesítmény mérőszámai

• Jellemzők és eredményközlési technikák szcintillációs kamerák leírásához

A NU-1által tárgyalt radioizotópos leképező eszközökA NU-1által tárgyalt radioizotópos leképező eszközök

a) Egy detektoros, egy kristályos szcintillációs kamerák

b) Egy detektoros tomográfiás szcintillációs kamerák

c) Több detektoros planáris és tomográfiás szcintillációs kamerák

d) Egésztest szcintillációs leképező berendezések

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 6

e) Képelemenként különálló detektoros szcintillációs kamerák(discrete pixel detector cameras)

Nem tárgyalja a NU-1Nem tárgyalja a NU-1

a) Koincidencia-módú kamerák és rendszerek(ld. NU-2)

b) Az összes egyéb orvosi radioizotópos leképező berendezés

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 7

Belső és rendszer tesztekBelső és rendszer tesztek

• Belső („intrinsic”) ellenőrzés: nincs felszerelve kollimátor

• Rendszer („system”) ellenőrzés: az egész rendszer, ahogy a betegek leképezésekor használjuk,

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 8

beleértve a kollimátorokat

Elsődleges minőségellenőrzési módszerek NU-1 (2. szakasz)Elsődleges minőségellenőrzési módszerek NU-1 (2. szakasz)

Felbontás (resolution):

2.1 Belső térbeli felbontás

2.4 A rendszer térbeli felbontása szórás nélkül

2.7 Egésztest rendszer térbeli felbontása szórás nélkül

2.6 Spect rekonstruált térbeli felbontása szórás nélkül

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 9

2.6 Spect rekonstruált térbeli felbontása szórás nélkül

Homogenitás (uniformity):

2.3 Belső uniformitás egyenletes besugárzásnál

Egybeesés:

2.5 Rendszer egybeesés

Energia-felbontás:

2.2 Belső energia-felbontás

Gamma-kamerák alapvető paraméterei

Térbeli felbontásGamma-kamerák alapvető paraméterei

Térbeli felbontás

= A legkisebb távolság két pontforrás között, hogy külön látsszanak(NEM a legkisebb látható képlet mérete!)

(a) Mérőszám: vonalforrás félértékszélessége (FWHM) Belső átmérő: < 0.5 mmPixelméret <= FWHM / 10Max. beütésszám: > 150

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 10

Max. beütésszám: > 150(A vonalforrás képének sorait átlagolva.)

(b) Anger fantomLyukátmérők: 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 mmPontszám: felbontott szegmensek száma

Külön kell mérni a rekonstruált SPECT metszetekben (Jaszczak fantommal)

Vonalforrás képeVonalforrás képe

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 11

Pontszétterjedési függvény

félérték-szélesség(FWHM)

A rendszer felbontásának összetevőiA rendszer felbontásának összetevői

• „Belső” felbontás

• Energia-felbontás (Tc-99m: általában 11% alatt

15%-os ablak használható)

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 1212

15%-os ablak használható)

• A kollimátor felbontása

• Statisztikai (Poisson) zaj

Példa: Szürkeállomány Példa: Szürkeállomány

MRI-ből kiemelve (szegmentálás)

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 13

„szétterjesztve” a PET felbontásával

Gamma-kamerák alapvető paraméterei

LinearitásGamma-kamerák alapvető paraméterei

Linearitás

= Térbeli torzítás mértéke(vonalforrás képének egyenessége)

Sugáráteresztési minta: párhuzamos egyenesek egyenletes távolságra (PLES): 1 mm széles vájatok

20 mm távolságra

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 14

Sugárforrás: kicsi, 5 átmérőnyi távolságra

Begyűjtött beütésszám: 500 000(megismétlendő 90 fokkal elfordított mintázattal)

Számolás: egyenesillesztés legkisebb négyzetek módszerévelmaximum, átlag, különbségek szórása

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 15 2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 16

Gamma-kamerák alapvető paraméterei Homogenitás (uniformity) - AdatgyűjtésGamma-kamerák alapvető paraméterei Homogenitás (uniformity) - Adatgyűjtés

= Helyi különbségek a beütésszámban egyenletes besugárzásnál

Forrás: pont - kollimátor nélkülsík - kollimátorral

Pontforrás aktivitása ~ 10-20 MBq

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 17

Pontforrás aktivitása ~ 10-20 MBqmin. táv: 5 * detektor-átmérőszámlálási sebesség < 20 000 cps (30 000 cps)

Mátrix: 64*64; simítva (9 pont, 4-2-1 súllyal)

Beütésszám: régi kamerák: 3 000 /pixelmodern kamerák : 10 - 20 000 /pixel

Belső uniformitás méréseBelső uniformitás mérése

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 18

Forrás: J.R. Halama, Loyola Univ.

= 7-15 MBq

4-16 M beütés

„Külső” uniformitás mérése„Külső” uniformitás mérése

Síkforrás40-800 MBq

Co-57 vagy Tc-990

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 19

Forrás: J.R. Halama, Loyola Univ.

4-16 M beütés

Homogenitás (uniformitás)Homogenitás (uniformitás)

hasznos látómező

%100min.pixelmax.pixelmin.pixelmax.pixel

⋅

+

−=IU UFOV (95% látómező) v.

CFOV (75% látómező)

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 20

• Integrál uniformitás (IU):a teljes látómezőrevárt: 2 - 3 %

• Differenciál uniformitás (DU):minden 5 egymás mellett és egymás alatti képelemre (pixelre)várt: 1,5 – 2 %

központi látómező

Uniformitás hatása a képreUniformitás hatása a képre

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 21

Érzékenység-korrekció hatásaÉrzékenység-korrekció hatása

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 22

Forrás: J.R. Halama, Loyola Univ.

Gamma-kamerák alapvető paraméterei

Számlálási sebesség tartomány(holtidő)

Gamma-kamerák alapvető paraméterei

Számlálási sebesség tartomány(holtidő)

= Mért számlálási sebesség a forrás aktivitásának függvényében

Mérőszámok:(a) Az a számlálási sebesség R20%,

amelynél a veszteség 20% (b) Holtidő R R R⋅ +2

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 23

(b) Holtidő 2 forrással mérve:

ahol: R1: az 1. forrással kapott számlálási sebesség

R2: a 2. forrással kapott számlálási sebesség

R12: mindkét forrással kapott számlálási sebesség

TR

R R

R R

R

RT

d

d

=⋅

+

⋅+

=

2

01785

12

1 22

1 2

12

20%

( )ln

.

HoltidőHoltidő

bénítható

beérkező részecskék

detektált részecskék

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 24

bénítható

nem bénítható

beérkező részecskék

detektált részecskék

Számlálási sebesség és holtidőSzámlálási sebesség és holtidő

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 25

Gamma-kamerák alapvető paraméterei

Érzékenység (Sensitivity)Gamma-kamerák alapvető paraméterei

Érzékenység (Sensitivity)

= Egységnyi aktivitásnál mért számlálási sebesség

Forrás: átmérő > 15 cmvastagság ~ 3 mmaktivitás ~ 40 MBq

Begyűjtött beütésszám: >= 10 000

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 26

Tipikus értékek Tc-99m-re:

• LEGP (alacsony energiájú általános célú): 150-200 cps/MBq

• LEHR (alacsony energiájú nagy felbontású): 60-80 cps/MBq

• LEHS (alacsony energiájú nagy érzékenységű): 200-300 cps/MBq

(MBq) aktivitása forrás(cps) sebesség számlálási

=gérzékenysé

Felbontás és érzékenységFelbontás és érzékenység

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 27 2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 28

Forrás: Bushberg

Ajánlások (Szakmai Kollégium)

VIZSGÁLAT PARAMÉTER AJÁNLOTT Gammakamera IU: <3% SPECT Tc-FWHM: <10 mm üzemmódban COR: <0.5 mm COR-korrekció Egyéb

jellemzők: ≥ 2 detektor elliptikus pálya

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 2929

jellemzők: elliptikus pálya elnyelés-korrekció külső sugárforrással iteratív rekonstrukció

Szívizom SPECT

2 detektor derékszögben

Agyi Tc-FWHM: <7 mm (UHR v. fan-beam koll.) SPECT IU: <3% Pálya sugara: < 13cm Egyéb

jellemzők: ≥ 2 detektor kisagy is befér

GAMMAKAMERÁK ALAPVETŐ PARAMÉTEREI

• Homogenitás (uniformitás)

• Térbeli felbontás

• Érzékenység (szenzitivitás)

• Számlálási tartomány (holtidő)

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 3030

• Számlálási tartomány (holtidő)

SPECT kameráknál még:

• Felbontás a metszeti képeken

• Középpont-vándorlás

SPECT minőségbiztosítás:

HomogenitásSPECT minőségbiztosítás:

Homogenitás

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 31

Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ.

Nem megfelelő homogenitás gyűrű-műterméket okoz a rekonstruált metszeteken!

SPECT minőségbiztosítás:

Középpont-vándorlásSPECT minőségbiztosítás:

Középpont-vándorlás

„Center of Rotation” (COR) :

a látómező közepéből induló, a detektorra merőleges egyeneseknek:

• egy síkba kell esni

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 32

Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ.

• egy síkba kell esni

• egy közös forgásközépponton kell áthaladni

• minden detektorra egyformán

Ellenőrzések napontaEllenőrzések naponta

• fotocsúcs v. optikai kalibrálás

• háttérszint (kamera, üreges mérőhely)

• dóziskalibrátor kalibrálása referencia-forrással

• jódfelvételi mérőhely kalibrálása nyakfantommal

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 33

• jódfelvételi mérőhely kalibrálása nyakfantommal

• korrekciós tényezők pontosítása többcsatornás számlálónál

Ellenőrzések hetenteEllenőrzések hetente

• optikai úton kalibrált kamera csúcsbeállítása

• digitális kamera homogenitása (pont- v. síkforrással)szükség esetén korrekciós táblázat feltöltése

• kamera-érzékenység ellenőrzése

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 34

• SPECT kamera középpont-vándorlásaújrakalibrálás szükség esetén

Ellenőrzések 3 havontaEllenőrzések 3 havonta

• zárványok megjelenése a kristályban?

• kamera linearitásaújrakalibrálás szükség esetén

• pixelméret (x, y)

• térbeli felbontás ellenőrzése

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 35

• térbeli felbontás ellenőrzése

• kollimátor épsége (megtekintés és homogenitás-kép síkforrással)

• SPECT üzemmód ellenőrzése 3D SPECT fantommal

• homogenitás és felbontás egésztest-üzemmódban

• üreges mérőhely érzékenysége

SPECT-CT minőségellenőrzéseSPECT-CT minőségellenőrzése

Név KellékGamma-kamera komponens eljárásai

Energia-csúcsra állítás pontforrásUniformitás-ellenőrzés szilárd v. folyadék síkforrás

v. pontforrásFelbontás és linearitásÉrzékenységSPECT-üzemmód speciális eljárásai

Középpont-vándorlás

2009 Gamma-kamerák jellemzői Varga, J. 36

Középpont-vándorlásUniformitás-korrekcióTöbb detektor illeszkedéseCT komponens eljárásai

CT kalibrálása CT kalibráció fantomCT kalibráció ellenőrzése vízzel töltött hengerLevegő-kalibrálás -Uniformitás vízzel töltött hengerHibrid készülék speciális eljárásai

Illeszkedés kettős ábrázolódású pontforrásokElnyelés-korrekció pontossága vízzel töltött henger

elnyelési fantom