Download - Grassi PET
CORSO (TC-) PET - RADIOTERAPIA: METODICHE A CONFRONTO NELLA REALTA DELLAZIENDA
PET: caratteristiche tecniche e funzionamento
Elisa Grassi Servizio di Fisica Sanitaria ASMN
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
+
Isotopi
+
Sintesi Radiofarmaco
Acquisizione e ricostruzione dei dati
Cervello sano
P.F. 70 aa, m, c.a. polmonare
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
COSE UN POSITRONE? Lemissione di positroni una forma di radioattivit, in cui un protone allinterno di un nucleo atomico trasformato in un neutrone.
p
n+
++
Il positrone una particella che ha stessa massa e spin dellelettrone ma carica opposta: viene emesso dal nucleo con energie variabili da zero fino allenergia massima (Emax) caratteristica di ciascun nucleo.
PROCESSO DI ANNICHILAZIONE
Tomografo PETUn tomografo ad emissione di positroni si bassa sulla rivelazione in coincidenza della radiazione di annichilazione generata dallinterazione tra il positrone emesso da un nucleo radioattivo ed un elettrone della materia circostante.
Principali radioisotopi utilizzati per studi PET e loro caratteristicheRadioisotopo F C 13 N 15 O11 18
Emivita (min) 109.8 20.4 10.0 2.0
Emissione (%) 96.9 99.8 100 99.9
+
Energia cinetica massima di emissione (MeV) 0.633 0.960 1.198 1.732
Breve emivita
Riduzione della dose assorbita Vengono assorbiti e consumati senza essere riconosciuti come estranei
Isotopi dei principali elementi costituenti la materia biologica
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
Una premessa fondamentale
TIPI DI EVENTI IN PET
Coincidenze vere
Coincidenze casuali
Coincidenze da radiazione diffusa
Quali sono le caratteristiche di un rivelatore IDEALE per sistemi PET ?- elevato numero atomico ed elevata densit, per garantire un elevato potere di frenamento alle radiazione di 511 keV - elevata efficienza di scintillazione, ossia alto fattore di conversione in luce dellenergia dissipata in esso dalla radiazione ionizzante, per una elevata discriminazione energetica ed una stretta finestra temporale - tempo di decadimento della luce emessa sufficientemente breve, per un basso tempo morto del sistema e quindi buone prestazioni in termini di frequenza di conteggio; - elevato potere di trasmissione della luce; - buona facilit di produzione, conservazione e di impiego.
UN PASSO INDIETROIl principio fisico di funzionamento di un cristallo scintillatore pu essere schematizzato dal grafico seguente:
FOTOMOLTIPLICATORE
Segnale elettrico
Rivelatori utilizzati nei sistemi PET
NaI(Tl) Densit (gr/cm 3) Numero atomico effettivo Coeff. di attenuaz. lineare (cm -1) Eff. di scintillazione (% del NaI) Costante di decadimento ( nsec) 3.67 51 0.34 100 230
BGO 7.13 75 0.92 15 300
GSO 6.70 59 0.62 25 56
LSO 7.4 66 0.81 65 40
EFFICIENZA DI RIVELAZIONE 511KeV (%)
82 80 74 50
NaI
BGO
LSO20 mm
GSO20 mm
25.4 mm 20 mm
Rivelatori utilizzati nei sistemi PET
NaI(Tl) Densit (gr/cm 3) Numero atomico effettivo Coeff. di attenuaz. lineare (cm -1) Eff. di scintillazione (% del NaI) Costante di decadimento ( nsec) 3.67 51 0.34 100 230
BGO 7.13 75 0.92 15 300
GSO 6.70 59 0.62 25 56
LSO 7.4 66 0.81 65 40
RISOLUZIONE ENERGETICA
25 mm NaI 3Dcts.
20 mm BGO 3Dcts.
Finestra Energetica utilizzata
Finestra Energetica utilizzata
12 % 20 %
100 200 300 400 500 600 700 800
100 200 300 400 500 600 700 800
keV
keV
RISOLUZIONE ENERGETICA 511KeV (%)
30 20 10
NaI
BGO
LSO
GSO
Rivelatori utilizzati nei sistemi PET
NaI(Tl) Densit (gr/cm 3) Numero atomico effettivo Coeff. di attenuaz. lineare (cm -1) Eff. di scintillazione (% del NaI) Costante di decadimento ( nsec) 3.67 51 0.34 100 230
BGO 7.13 75 0.92 15 300
GSO 6.70 59 0.62 25 56
LSO 7.4 66 0.81 65 40
Maggior capacit di conteggio del sistema, quando accoppiati ad una veloce elettronica di acquisizione
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
AUMENTO DEL CAMPO DI VISTA ASSIALE
Fine anni 70
Inizio anni 80
Inizio anni 90
Sistemi per Tomografia ad Emissione di PositroniMulti-ringBGO
Blocchi rotanti
Full-ring
Dual-head
NaI
PET multi-ring Cristalli Dimensioni BGO
PET full-ring NaI(Tl)
PET dual-head NaI(Tl) 508 x 39,1 x 15,9 mm
4,0 x 8,1 x 30 mm 500 x 300 x 25 mm 672 per anello 18 anelli 55,0 x 15,2 cm 56 x 25.6 cm
Campo di vista (FOV)
50,8 x 38,1 cm
MODALITA DI ACQUISIZIONE IN PET
2DSETTI DI PIOMBO
3D
Z
Sensibilit 3D = 5*Sensibilit 2D
2D
3Dscatter
sensibilit: 1
5
12 % Risoluzione energetica
Sottrazione della Radiazione diffusa mediante algoritmi matematici
FRAZIONE DI RADIAZIONE DIFFUSA IN MODALITA 3D
Cervello FS: 30%
Torace FS: 50%
NaI(Tl) Wide Area Detector C-Pet (Philips)
BSO e LSO Multi-ring Block CTI, Siemens e GE
GSO Detector Array Allegro (Philips)
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
ATTENUAZIONE IN PET
IMMAGINE NON CORRETTA PER LATTENUAZIONE
IMMAGINE CORRETTA
VANTAGGI DELLA CORREZIONE PER LATTENUAZIONE
-Miglioramento della localizzazione anatomica e della definizione spaziale del tumore;
-compensazione delle distorsioni geometriche osservate negli studi non corretti;
-possibilit di quantificare la captazione del tracciante
ATTENUAZIONE
D1
X1 X2 Coincidenza
p = exp( x )1 1
p = exp( x ) p = exp( (x + x ))2 2 1 2
D2
Probab. che entrambi i fotoni vengano rivelati
CORREZIONE PER LATTENUAZIONE CALCOLATA LATTENUAZIONE
Ipotesi:
COSTANTE
CORREZIONE PER LATTENUAZIONE MISURATA LATTENUAZIONE
Sorgente puntiforme 137 Cs 662 keV
Sorgente lineare 68Ge + emittente
CORREZIONE PER LATTENUAZIONE MISURATA LATTENUAZIONE Ricordando la legge di attenuazione I=I0exp(- x) BLANK Niente allinterno del campo di vista [I0]
TRASMISSIVA Paziente nel campo di vista [I0exp(- x)]
BLANK I0 ACF = ------------------------- = ----------------- = exp( x) I0exp(- x) TRASMISSIVACoefficienti di correzione per lattenuazione
PET CORREZIONE PER LATTENUAZIONE MISURATA LATTENUAZIONE
BLANK
TRASMISSIVA
Immagine corretta per lattenuazione
Immagine NON corretta per lattenuazione
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
CARATTERIZZAZIONE FISICA DI UN SISTEMA PET In principali parametri che caratterizzano un sistema PET sono: * Risoluzione Spaziale * Linearit di conteggio * Efficienza di rivelazione * Frazione di radiazione diffusa
Risoluzione Spaziale
La risoluzione spaziale definita dalla FWHM e FWTM dei profili di attivit della sorgente a 1, 5, 10 e 15 cm dal centro nel piano transassiale
La Risoluzione Spaziale dipende da:
Range del positrone Deviazione da 180 della direzione di emissione dei fotoni di annichilazione Dimensione dei rivelatori Inaccuratezza della posizione dovuta allelettronica Metodo di ricostruzione
LEfficienza di rivelazione dipende da:
Lefficienza del materiale rivelatore, basata sulla densit e sullo spessore del cristallo di rivelazione.
La geometria del tomografo, ossia larea attiva del tomografo
SISTEMA PETCRISTALLO
CPET
GE Advance
ECAT HR+
ECAT ACCEL
ALLE GRO
Na(I)500x300x2 5
BGO4.0x8.2x3 0
BGO4.0x4.4x3 0
LSO6.8x6.8x2 0
GSO4.0x6.0x2 0
DIMENSIONI RISOLUZIONE SPAZIALE @10cm EFFICIENZA (Kcps/mCi/cc) FRAZIONE DI RADIAZIONE DIFFUSA (%) 50% TEMPO MORTO (Kcps/mCi)
6.4
5.4
5.4
6.7
5.9
450 25
1060 35
900 36
900 36
> 800 25
0.2
0.9
0.6
>
0.6
Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET
Rivelatori utilizzati in PET
Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive
TAC
[18F]FDG PET
FUSIONE DI IMMAGINE MEDIANTE MARKERS ESTERNI
Una nuova era I SISTEMI CT-PET
CTRuolo nella diagnosi oncologica precoce e stadiazioneImmagini anatomiche
PET
CT/PET
Immagini funzionali Eccellente nella rivelazione e stadiazione di tumori
Punti di forza Punti di debolezza
Visualizzazione di fini dettagli, eccellente nella localizzazione del tumore Non molto sensibile e specifica nella rivelazione e stadiazione di tumori.
Combina i punti di forza di PET e CT
Una volta rivelato il tumore, la localizzazione per il trattamento difficile
Aspetti tecnici e protocolli da ottimizzare
Anatomia
Attivit metabolica
Attivit metabolic + anatom
Cosa vedi
TAC-PET
VANTAGGITempi ridotti di esame Migliore qualit delle immagini PET (correzione per attenuazione, ricostruzione) Accurata interpretazione delle immagini funzionali PET sulla base delle immagini anatomiche TAC (correlazione anatomo-funzionale) Diagnosi integrata PET-TAC
AMBITI DI STUDIOASPETTI TECNICI Interferenza tra i due tomografi (es. temperatura) Contaminazione 511 keV su immagini CT PROTOCOLLO DI ACQUISIZIONE Condizioni di respiro Posizione delle braccia ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI Correzione per attenuazione con CT (calibrazione a 511 keV)
Grazie per lattenzione !