L acquisizione e l elaborazione delle immagini di Medicina Nucleare

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1 L acquisizione e l elaborazione delle immagini di Medicina Nucleare UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO Materiale didattico a cura della Dott.ssa Michela Lecchi

2 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)

3 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

4 Gamma camera a due teste ECG Testa 1 Gantry Lettino Testa 2

5 IMMAGINI PLANARI DINAMICHE: stesso campo di vista Tempo = 0 Tempo = 20 min.

6 IMMAGINI PLANARI STATICHE: diversi campi di vista Tempo = 0 Tempo = 20 min.

7 Single Photon Emission Computed Tomography SPECT Vantaggi: contrasto tra le strutture localizzazione anatomica Svantaggi tempi di acquisizione Ogni posizione della testa è detta proiezione

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9 Medicina Nucleare: testa (head) Fotomoltiplicatori Rivelatore (NaI(Tl)) collimatori

10 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.

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12 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

13 Confronto tra collimatori paralleli e convergenti fori paralleli fori convergenti

14 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)

15 Tipologie di collimatori

16 Tipologie di collimatori Oggetto reale LEGP LEHR da H. Zaidi Quantitative Analysis in Nuclear Medicine Imaging

17 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)

18 Tipologie di configurazione delle teste Teste a 90 Teste a 180

19 Distanza delle teste dal centro di rotazione SPECT cerebrali: occorre escludere dal campo di vista del rivelatore le spalle del paziente.

20 La finestra energetica Scopo: evitare l acquisizione di eventi diffusi (scatter) Conteggi x 99m TC: 20% del valore del centro del picco Scatter 140 Energia (kev)

21 La matrice di campionamento Oggetto reale Matrice 4x4 Matrice 8x8 Matrice 16x16

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23 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 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.

24 Numero di proiezioni acquisite Il numero di proiezioni acquisite influenza la qualità dell immagine finale

25 L angolo di rotazione

26 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

27 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

28 Phantom acquisitions Astonish (algoritmo iterativo) FBP

29 La retroproiezione

30 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 )

31 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

32 La ricostruzione iterativa

33 La ricostruzione iterativa

34 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

35 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