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Curso Regional de Capacitación sobre “Cardiología Nuclear en Enfermedad Cardiaca Isquémica”

Santo Domingo, RD, 14.12. – 18.12.2009

Tecnología básica y Control de Calidad en Medicina Nuclear Cardiaca

Herwin Speckter

ARCAL CIX C7-RLA-6.063“Mejoramiento de la atención a los pacientes con enfermedades cardíacas y con cáncer mediante el

fortalecimiento de las técnicas de medicina nuclear en América Latina y el Caribe.”

Diagnóstico Cardiaco por Imágenes no invasivos

ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009

SPECT

PET

CT

MR

FuncionalAnatómico

Objetivo de la Presentación


En un entorno de desarrollos continuos de tecnología tenemos los retos:

1. Participar activamente en los desarrollos tecnológicos

2. Mantener la alta calidad

Temas

1. Tecnología Convencional2. Control de Calidad3. Desarrollos Actuales



Tomografía por Emisión= Imagenes 3D por Medicina Nuclear

SPECTSingle Photon EmissionComputed Tomography

PETPositron Emission

tomography

Camera Anger

Hal O. AngerARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009

Hal O. Anger invento la Gammacámara en el 1958• Cristal NaI(Tl) • Fotomultiplicadores


~75%

1970 - 1980 1980 - 1990 1990 - 2000 2000 - 2010Planar SPECT SPECT Gateado

~95%Especificidad

SPECT-CT

Picture Picture Picture Picture?CT fusion

Desarrollos en Medicina Nuclear Cardiaca por SPECT

Cortesía SIEMENS

2010 - 2020SPECT-CT+ CaSc

Picture

? %


Equipo principal de Medicina Nuclear

Detector

Adquisición

Gantry

Reconstrucción


Detector de la Gammacámara (1)

Detector:1. Cristal2. Foto multiplicadores3. Electrónica4. Colimador

Foto multiplicadoresCristalColimador


Analizador de los pulsos

Energía del Señal

X Y Z

Imagen planar

PMT ARRAY

Detector de la Gammacámara (2)

Electrónica Posición del Señal


Posiciones flexibles de Detectores

• Sensitivo para detección de rayos gamma

• Convierte la energía de cada rayo gamma en luz visible

• (un gamma de 140 keVproduce hasta 5000 fotones de luz visible)

• Sensible: Afectado por colisiones mecánicos, por temperatura y humedad

Cristal



Gammacámara

Radiaciones directas

Radiaciones dispersadasllegando al detector

Acumulaciónde Radioactividad

Colimador

Paciente

Radiación atenuada

Radiaciones directas, dispersas y atenuadas

Ventana de Energía

Estudio cardiacoFWHM

Aire

Energía

Estudio cerebral

Espectro de EnergíaRadiación atenuada

Radiaciones directas = Fotopico

99mTc

Superposición

Porque Colimación en SPECT ?

Transmisión(Rx o Tomografía)



Emisión(SPECT)

Sin Colimador



Emisión(SPECT)

Con Colimador



Diseño de los Colimadores (1)

1.2 mm

• Colimadores son hechos de Plomo• La mayoría de los Rayos Gamma son absorbidos por los septos• El colimador limita la Resolución espacial y la Sensibilidad• Distintos modelos para distintas energías

25 mm

Colimador de alta resolución


Diseño de los Colimadores (2)

Efecto de la Distancia (1)

Objeto cercano Objeto lejano


5 cm

10 cm

15 cm20 cm

25 cm

30 cm


Detector



Phantom


Resumen de Correcciones

Radiaciones directas,no perpendiculares: Colimador

Radiacion dispersa: Ventana de Energía

Radiacion atenuada: Mapa de atenuación, TAC

Efecto de la distancia: Software en 3D

Efecto Corrección


Reconstrucción tridimensional:Backprojection (1)

Referencia

2 4 8 16 25 50 100 200Proyecciones

Proyecciones


Reconstrucción tridimensional:Backprojection (2)


50 000 cuentas

100 000 cuentas

200 000 cuentas

500 000 cuentas

1 000 000 cuentas

2 000 000 cuentas

Efecto de la tasa de conteo


105 106 107 cuentas

Filtro Ramp

Ventana Hanning 4mm

Ventana Hanning 8mm

Tasa de conteo – Ruido - Filtros


Control de Calidad: Por que?

El Cristal es sensible: Afectado por colisiones mecánicas, por temperatura y humedad

Los Fotomultiplicadores pueden cambiar su característica

La Mecánica debe ser muy exacta, el detector es muy pesado

Pequeños errores en la repuesta de la Gamacámara son magnificados durante la reconstrucción SPECT

1. Evaluación visual de la imagen2. Cálculo de:

Uniformidad Integral (IU)Uniformidad Diferencial (DU)

IU = (Max - Min) / (Max + Min) * 100Max = valor del píxel de máximo nivelMin = valor del píxel de mínimo nivel

Uniformidad (1)


DU = (Hi - Low) / (Hi + Low) *100Hi = píxel de máximo nivel Low = valor del píxel de mínimo niveldentro de cualquier área de 5 píxeles de una matriz de 64x64 o 128x128

Flood source Co-57

Uniformidad (2)Uniformidad intrínseca (sin colimador)Fuente puntual (> 3 veces mas lejos que

el diámetro del detector)o Fuente plana (Flood Source)10.000.000 cuentasUniformidad extrínseca (con colimador)Fuente plana (Flood Source)10.000.000 cuentas


Uniformidad (3)


Cristal roto Fantoma de Tecnecio llenado inhomogéneamente


Corrección de la Uniformidad

Corrección de Energía

Corrección de Linealidad

Corrección de Uniformidad


Control de Resolución espacial y Linealidad

Fantoma de BarrasResolución insuficiente

Uniformidad: 2% - 4%

Resolución espacial intrínseca a 0 cm: 3,0 – 5,5 mm

Resolución espacial intrínseca a 10 cm: 6 - 10 mm

Resolución energética: 8 - 10%

Centro de rotación: 3,0 mm

Especificaciones de una Gammacámara


Calidad en Tomografía (SPECT)


Control de Calidad:• Uniformidad tomográfica• Resolución tomográfica Factores de error:• Centro de Rotación (COR)• Alineación del detector• Uniformidad

Fantoma de Jaszczak


Centro de Rotación COR (1)Fuente puntualAdquisición tomográficaEn dirección x: sinusoideEn dirección y: línea rectaDeterminación del COR y sus errores


Centro de Rotación COR (2)

COR correcto

COR + 3 píxeles de error

Detector inclinado

La Uniformidad Tomográfica es la uniformidad de un corte correspondiente a un estudio SPECT de un volumen con distribución homogénea de contenido radiactivo.Fantoma SPECT con 200 - 400 MBq 99mTc (6-10 mCi)Adquisición de 250.000 cuentas por proyecciónReconstrucción con Filtro Ramp

Uniformidad tomográfica


Resolución y Uniformidad tomográfica

Fantoma de Jaszczak


Controles de Calidad

19 Gammacámara: Control de Calidad general20 SPECT: Centro de la Rotación21 Gammacámara: Fondo, Flood diario22 Gammacámara: Prueba de la Sensibilidad relativa23 Gammacámara: Fondo, Ventana de Energía24 Gammacámara: Prueba de la Linealidad25 Gammacámara: Prueba de la Resolución espacial26 Gammacámara: Prueba de la Uniformidad27 Activímetro: Control de Calidad general28 Activímetro: Constancia29 Activímetro: Prueba de la Linealidad30 Activímetro: Evaluación grafía de la Linealidad 31 Radiofarmacia: Cantidad de Molibdeno-99


Registros1 Libreta de Radiofarmacia: Tecnecio 99mTc2 Libreta de Radiofarmacia: Yodo 131I3 Entrega de Tecnecio 99mTc4 Entrega de Yodo 131I5 Adquisiciones y Inventario de Mo-Tc Generadores6 Adquisiciones y Inventario de Yodo 131I7 Inventario de fuentes selladas8 Desecho radioactivo diario9 Inventario de desecho radioactivo10 Labels de desecho radioactivo diario11 Vigilancia de áreas12 Vigilancia de personal13 Solicitud de Reposición de Materiales de Consumo14 Inventario de Kits fríos15 Desecho de Kits por Vencimiento16 Inventario de Yodo 131I17 Registro de Sucesos Accidentales18 Dosimetría personal


Protocolos técnicos

32 Recepción del generador de Mo-Tc33 Realización de la Prueba de Molibdeno 99Mo34 Recepción de bultos radiactivos: Yodo 131I 35 Preparación de los distintos Radiofármacos


Protocolos técnico-clínicos

Protocolos de los estudios por Medicina Nuclear Cardiaca

56 Medicina Nuclear Cardiaca: Hoja de Manejo diario de Pacientes57 Medicina Nuclear Cardiaca: Adenosina: Tabla de Dosis58 Medicina Nuclear Cardiaca: Dypyridamole - Persantina: Tabla de Dosis59 Medicina Nuclear Cardiaca: Protocolo Sestamibi de un solo día: Esfuerzo-Descanso60 Medicina Nuclear Cardiaca: Protocolo Sestamibi de un solo día: Descanso-Esfuerzo61 Medicina Nuclear Cardiaca: Preparación del paciente62 Medicina Nuclear Cardiaca: Grafica de localización de eléctrodos del EKG63 Medicina Nuclear Cardiaca: Indicaciones clínicas de Pruebas Farmacológicas64 Medicina Nuclear Cardiaca: Protocolo técnico de Dypyridamole - Persantina65 Medicina Nuclear Cardiaca: Contraindicaciones para Pruebas de Esfuerzo66 Medicina Nuclear Cardiaca: Preparación de la Cámara SPECT67 Medicina Nuclear Cardiaca: Registro de Posiciones de Pacientes


Medicina Nuclear Cardiaca: Nuevos Desarrollos


Equipos dedicados a Medicina Nuclear CardiacaDetectores directos digitalesReconstrucción IterativaColimación convergente hacia el corazónSPECT - CTPET – CT

3D en lugar de 2DTiempo de vueloPoint spread functions para cada LORCuantificación del FlujoNuevos Radiofármacos (13NH3, H2-15O, 18F-BMS)

Equipos dedicados a Medicina Nuclear Cardiaca


Sin movimientosDetector cerca al corazón+ Sensitividad+ Resolución

Detectores directos digitales


+ Sensibilidad+ Resolución de Energía

Cadmio-Zinc-Telurido (CZT)

Reconstrucción Iterativa


Reconstrucción Iterativa en lugar de Reconstrucción por BackprojectionDerivados de OSEM-3D(Ordered Subsets Expectation Maximization):• ASTONISH PHILIPS• EVOLUTION General Electric• FLASH 3D SIEMENS• WBR UltraSPECT+ Sensitividad+ Resolución-> menos tiempo-> menos dosis

Colimación convergente hacia el Corazón


SMARTZOOM Collimator Cardio-centric Orbit

+ Sensitividad+ Resolución


Tomografía por Emisión de Positrones: PET

Avanzes• 3D en lugar de 2D• Tiempo de vuelo• Point spread functions para cada LOR• Cuantificación del Flujo• Nuevos Radiofármacos (13NH3, H2-15O, 18F-BMS)• PET-MR

Beneficios sobre el SPECT• Resolución• Cuantificación posible• Radiofármacos fisiológicos• (Vidas medias muy cortas)


Conservación del Momento:Antes: momento ~ 0Luego: Creación de 2 fotones con la misma energía en direcciones contrarias (180°)

Conservación de la Energía:Antes: 2 electrones, cada uno con una masa de 511 keVLuego: 2 fotones, cada uno 511 keV.

Decaimiento por emisión

de un positrón

PET: Física

ElectrónPositrón

Electrón – Positrón Anihilación

γ

γ

±τ

PET: Electrónica


PET: Tiempo de vuelo

Localización de la anihilación

∆t

d1

d2

∆t = (d2-d1)/c


Gracias por su atención

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