IMMAGINI PLANARI DINAMICHE

L’acquisizione e
l’elaborazione delle
immagini di
Medicina Nucleare
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI
MILANO
Materiale didattico a cura della
Dott.ssa Michela Lecchi
Medicina Nucleare: strumentazione
• gamma camera stazionaria
• gamma camera rotante a testa singola o
multipla
• gamma camere dedicate per la SPECT
(tomografia emissione di fotone singolo)
Medicina Nucleare:strumentazione
Gamma Camera:
• collimatore
• cristallo
• fotomoltiplicatori
• componenti elettroniche
Consente l’acquisizione di scintigrafie statiche,
dinamiche e/o tomografiche. Il collegamento ad un
calcolatore permette poi lo studio qualitativo e
quantitativo dei diversi parametri funzionali
Gamma camera a due teste
ECG
Testa 1
Gantry
Lettino
Testa 2
IMMAGINI PLANARI DINAMICHE:
stesso campo di vista
Tempo = 0
Tempo = 20 min.
IMMAGINI PLANARI
STATICHE:
Tempo = 0
diversi campi di vista
Tempo = 20 min.
Single
SPECT
Photon
Emission
Computed
Tomography
Ogni posizione
della testa è
detta proiezione
Vantaggi:
• ↑ contrasto tra le
strutture
• ↑ localizzazione
anatomica
Svantaggi
• ↑ tempi di acquisizione
Medicina Nucleare: testa (head)
Fotomoltiplicatori
Rivelatore (NaI(Tl))
collimatori
I collimatori
Lo scopo dei collimatori è di definire il campo di
vista del sistema in modo tale che solo una piccola
area del rivelatore può ‘vedere’ solo una piccola
parte dell’organo sotto esame.
Tipologie di collimatori
oggetto
rilevato
sorgente
foro singolo
(pin-hole)
fori paralleli
fori divergenti
fori convergenti
fori paralleli: solo i fotoni incidenti perpendicolarmente alla testa della
gamma camera possono raggiungere il cristallo
Confronto tra collimatori paralleli
e convergenti
fori paralleli
fori convergenti
Tipologie di collimatori
L’utilizzo di uno specifico collimatore è legato a:
energia del radioisotopo utilizzato (Tc-99m, I-123, I-131)
caratteristiche dell’organo/tessuto di interesse (oggetto
piccolo, necessità di alta risoluzione ed ingrandimento)
caratteristiche di captazione del radiofarmaco utilizzato
(necessità di alta sensibilità)
Tipologie di collimatori
Tipologie di collimatori
Oggetto reale
LEGP
LEHR
da H. Zaidi “Quantitative Analysis in Nuclear Medicine Imaging”
Parametri di acquisizione
• Tipo collimatori
• Configurazione geometrica delle teste
• Larghezza finestra energetica
• Dimensione della matrice di campionamento
• Ingrandimento o zoom
• Numero di proiezioni acquisite (SPECT)
Tipologie di configurazione delle teste
Teste a 90°
Teste a 180°
Distanza delle teste dal centro di rotazione
SPECT cerebrali: occorre escludere dal campo di vista del
rivelatore le spalle del paziente.
La finestra energetica
Scopo: evitare l’acquisizione di eventi diffusi (scatter)
Conteggi
x 99mTC:
20% del
valore del
centro del
picco
Scatter
140
Energia
(keV)
La matrice di campionamento
Oggetto reale
Matrice 4x4
Matrice 8x8
Matrice 16x16
Lo zoom
Nell’ingrandimento (o zoom), la matrice di campionamento
corrisponde ad una parte selezionata (più piccola) del campo
di vista dei rivelatori.
La dimensione fisica del pixel (mm) diminuisce.
Osservazione:
1. E’ importante notare che acquisire, per esempio, con una
matrice di 64x64 e portare successivamente l’immagine a
128x128 non è la stessa cosa che acquisire direttamente
con una matrice di 128.
2. Acquisire con una matrice di 64x64 e applicare uno zoom
(digitale) di 1.6 in fase di elaborazione non è lo stesso che
impiegare uno zoom in acquisizione.
Numero di proiezioni acquisite
Il numero di proiezioni acquisite influenza la qualità
dell’immagine finale
L’angolo di rotazione
La ricostruzione delle immagini
tomografiche di emissione
Scopo: determinare in ogni punto della sezione transassiale la
concentrazione di radioattività dell’oggetto
Esistono due metodi principali:
• la retroproiezione filtrata (FBP)
• i metodi iterativi
Algoritmi di ricostruzione
• Retroproiezione filtrata (FBP): a partire dalle
proiezioni le immagini sono ottenute risolvendo
analiticamente delle equazioni contenenti dei filtri
matematici
• Algoritmi iterativi: a partire da immagini iniziali fittizie,
le immagini finali sono ottenute tramite iterazioni
successive dove in ogni step le proiezioni ottenute
dalle immagini dello step precedente vengono
paragonate con le proiezioni misurate
Phantom acquisitions
Astonish (algoritmo iterativo)
FBP
La retroproiezione
La retroproiezione
La retroproiezione semplice non parte da informazioni
a priori sull'oggetto (attribuisce lo stesso valor medio a
tutti i punti lungo la linea di retroproiezione )
La retroproiezione filtrata
L’operazione di retroproiezione produce una versione
“blurred” dell’immagine desiderata.
L’informazione viene concentrata al centro dell’immagine
(artefatto a stella) per sovrapposizione.
Si utilizza un filtro a rampa per ridistribuire l’informazione in
modo inversamente proporzionale alla distanza dal centro
(filtro a rampa)
Si ha aumento eccessivo del rumore per cui occorre
applicare un altro filtro che porti a zero l’informazione
quando (soglia o cut-off) il rumore supera il contenuto
dell’immagine
La ricostruzione iterativa
La ricostruzione iterativa
4 it 2 subset 1.0 cut off
4 it 4 subset 1.0 cut off
4 it 8 subset 1.0 cut off
4 it 16 subset 1.0 cut off
4 it 8 subset 0.8 cut off
4 it 8 subset 1.0 cut off
4 it 2 subset 1.2 cut off
4 it 2 subset 1.4 cut off
4 it 2 subset 1.6 cut off