Tecnología básica y Control de Calidad en Medicina … · SPECT PET CT MR Anatómico Funcional....
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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.”
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Diagnóstico Cardiaco por Imágenes no invasivos
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
SPECT
PET
CT
MR
FuncionalAnatómico
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Objetivo de la Presentación
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
En un entorno de desarrollos continuos de tecnología tenemos los retos:
1. Participar activamente en los desarrollos tecnológicos
2. Mantener la alta calidad
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Temas
1. Tecnología Convencional2. Control de Calidad3. Desarrollos Actuales
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Tomografía por Emisión= Imagenes 3D por Medicina Nuclear
SPECTSingle Photon EmissionComputed Tomography
PETPositron Emission
tomography
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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
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
~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
? %
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Equipo principal de Medicina Nuclear
Detector
Adquisición
Gantry
Reconstrucción
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Detector de la Gammacámara (1)
Detector:1. Cristal2. Foto multiplicadores3. Electrónica4. Colimador
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Foto multiplicadoresCristalColimador
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Analizador de los pulsos
Energía del Señal
X Y Z
Imagen planar
PMT ARRAY
Detector de la Gammacámara (2)
Electrónica Posición del Señal
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Posiciones flexibles de Detectores
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• 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
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Gammacámara
Radiaciones directas
Radiaciones dispersadasllegando al detector
Acumulaciónde Radioactividad
Colimador
Paciente
Radiación atenuada
Radiaciones directas, dispersas y atenuadas
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Ventana de Energía
Estudio cardiacoFWHM
Aire
Energía
Estudio cerebral
Espectro de EnergíaRadiación atenuada
Radiaciones directas = Fotopico
99mTc
Superposición
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Porque Colimación en SPECT ?
Transmisión(Rx o Tomografía)
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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Transmisión(Rx o Tomografía)
Emisión(SPECT)
Sin Colimador
Porque Colimación en SPECT ?
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Transmisión(Rx o Tomografía)
Emisión(SPECT)
Con Colimador
Porque Colimación en SPECT ?
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Diseño de los Colimadores (2)
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Efecto de la Distancia (1)
Objeto cercano Objeto lejano
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
5 cm
10 cm
15 cm20 cm
25 cm
30 cm
Efecto de la Distancia (2)
Detector
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Efecto de la Distancia (3)
Phantom
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Reconstrucción tridimensional:Backprojection (1)
Referencia
2 4 8 16 25 50 100 200Proyecciones
Proyecciones
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Reconstrucción tridimensional:Backprojection (2)
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
105 106 107 cuentas
Filtro Ramp
Ventana Hanning 4mm
Ventana Hanning 8mm
Tasa de conteo – Ruido - Filtros
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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
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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)
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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
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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
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
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Uniformidad (3)
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Cristal roto Fantoma de Tecnecio llenado inhomogéneamente
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Corrección de la Uniformidad
Corrección de Energía
Corrección de Linealidad
Corrección de Uniformidad
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Control de Resolución espacial y Linealidad
Fantoma de BarrasResolución insuficiente
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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
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Calidad en Tomografía (SPECT)
ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Control de Calidad:• Uniformidad tomográfica• Resolución tomográfica Factores de error:• Centro de Rotación (COR)• Alineación del detector• Uniformidad
Fantoma de Jaszczak
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Centro de Rotación COR (1)Fuente puntualAdquisición tomográficaEn dirección x: sinusoideEn dirección y: línea rectaDeterminación del COR y sus errores
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ARCAL CIX C7-RLA-6.063, Santo Domingo 14.12.2009
Centro de Rotación COR (2)
COR correcto
COR + 3 píxeles de error
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Detector inclinado
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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
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Resolución y Uniformidad tomográfica
Fantoma de Jaszczak
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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
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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
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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
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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
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Medicina Nuclear Cardiaca: Nuevos Desarrollos
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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)
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Equipos dedicados a Medicina Nuclear Cardiaca
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Sin movimientosDetector cerca al corazón+ Sensitividad+ Resolución
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Detectores directos digitales
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+ Sensibilidad+ Resolución de Energía
Cadmio-Zinc-Telurido (CZT)
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Reconstrucción Iterativa
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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
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Colimación convergente hacia el Corazón
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SMARTZOOM Collimator Cardio-centric Orbit
+ Sensitividad+ Resolución
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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)
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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
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±τ
PET: Electrónica
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PET: Tiempo de vuelo
Localización de la anihilación
∆t
d1
d2
∆t = (d2-d1)/c
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Gracias por su atención