mulimodality imaging pet-ct spect-ct luca camoni u.o...

Mulimodality Imaging

PET-CT SPECT-CT

Luca CamoniU.O. Medicina Nucleare ed imaging

molecolareSpedali Civili di Brescia

Università degli Studi di BresciaF o n d a z i o n e G u i d o B e r l u c c h i - O N LU S

Disclosure Slide

Il sottoscritto CAMONI LUCA

DICHIARA

che, nell’esercizio delle funzioni di Relatore, NON E’ in alcun modo portatore di interessi commerciali propri o di terzi; dichiara altresì che gli eventuali rapporti avuti negli ultimi due anni con soggetti portatori di interessi commerciali non sono tali da permettere a tali soggetti di influenzare le proprie funzioni al fine di trarne vantaggio;

che negli ultimi due anni HA AVUTO i seguenti rapporti anche di finanziamento con soggetti portatori di interessi commerciali in campo sanitario (aziende farmaceutiche, biomedicali e di diagnostica):

1……………………………………………………………………………………………………………………2…………………………………………………………………………………………………………………… 3……………………………………………………………………………………………………………………

4……………………………………………………………………………………………………………………

5……………………………………………………………………………………………………………………

L’imaging multimodale è definito come un imaging che integra due o più modalità

registrate nello spazio e nel tempo. [1,2]

1. 1. Hill DLG et al. Phys Med Biol 2001;46:R1–R45.

2. 2. Zitova B et al. Image and Vision Computing 2003;21:977– 1000.

Multimodality Imaging

• TOMOGRAFIA ASSIALE COMPUTERIZZATA (CT)

• RISONANZA MAGNETICA (MR)• PET

• SPECT• altro…

1) - Esami in serie, successivi tra loro (soggetti a deformazione e cambiamento temporale)

- Esame singolo, integra le modalità in uno scanner ibrido


…ultima decadeHybrid Imaging


2001: primo tomografo PET/CT in commercio (GE Discovery LS)

2004: primo tomografo SPECT/CT in commercio (Siemens Symbia T2)

1996: primo prototipo SPECT/TC (Blankespoor et al)

1998: primo prototipo PET/TC (CTI PET Systems)


0

100

200

300

400

500

600

SPECT/CT risultati PubMed

anno

Risultati


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

PET/CT risultati PubMed

Articoli

anno

Risultat i


Linee guida per imaging ibrido?

J Nucl Med. 2006 Jul;47(7):1227-34.

J Nucl Med. 2006 May;47(5):885-95.

Protocol for CT imagingLa componete CT di un esame SPECT/PET/CT può essere effettuata per: correzione dell’attenuazione (AC), correzione dell’attenuazione e localizzazione anatomica (AC/AL) oppure ottimizzata come una CT diagnostica.Un’acquisizione AC/AL non deve essere necessariamente ottimizzata come una CT diagnostica.In alcune circostanze, vengono effettuate sia un’iniziale acquisizione per AC/AL (prima dell’acquisizione SPECT/PET/CT) che una CT diagnostica (dopo l’acquisizione SPECT/PET/CT). L’ottimizzazione della tecnica CT usate per le SPECT/PET/CT è in continua evoluzione

a. Se la CT è acquisita a scopo AC/AL, è raccomandato l’uso di bassi milliampere-secondi per diminuire la dose al paziente.

b. Per ottimizzare la CT diagnostica, sono raccomandati I settaggi standard per I milliampere-secondi per ottimizzare la risoluzione spaziale del sistema. La modulazione della corrente del tubo può essere usata per diminuire la dose al paziente.

Protocol for CT imaging- Correzione dell’attenuazione (AC),

- Correzione dell’attenuazione e localizzazione anatomica (AC/AL)

- - CT diagnostica ottimizzata.

Sequenza acquisizione AC/AL – SPECT/PET – CT diagnostica

a. CT AC/AL, bassi mAs, minor dose

b. CT diagnostica, mAs standard, aumento dose

Modello Symbia T2 Symbia T6 Symbia T16

BrightView XCT

Discovery NMCT 670

Infinia Hawkeye

4 Approvato

CE, anno

2005 2005 2007 2008 2009 2006

kV-Range

mA-Range

80,110,130

30 to 240

80,110,130

20 to 345

80,110,130

20 to 345

120

5-80

80,100,120,140

10-440

120,140

1 - 2.5 mA.

Max mAs 75

Numero di strati

2 6 16 140, 1 mm

spessore

16 4

Spessore strato, mm

1 - 10 mm 1 - 18 mm 0.6-19.2 mm

0.33- 2 mm

0.625-10 mm

5 mm

Velocità di rotazione

0.8-1.5 s 0.6-1.5 s 0.5-1.5 s 12 s (5 rpm)

0.5-4 s 2 o 2.6 rmp

(30s o 23s)

Volume max spirale Tempo max

spirale

168 cm 100 s

168 cm 100 s

186 cm 100 s

No spiral mode

ConeBeam

120 s 520 s

SPECT/CT

PET/CTNome del prodotto

Optima PETCT 560

Discovery PETCT 610

Discovery PETCT 710

approvazione FDA, anno

2011 Yes Yes

kV- range mA Max mA at 120 kV is 440 mA

Max mA at 120 kV is 440 mA

700 or 800 mA

numero di strati 8 or 16 16, 64, 128 16, 64, 128

spessore strato, mm

8 slice: 1.25, 16 slice: 0.62

0.625 0.625

copertura massima e

tempo di spirale

20 mm coverage (per slice)

20 mm or 40 mm coverage (per slice)

40 mm coverage (per slice)

PET/CTNome del prodotto

Biograph TruePoint 16 PET_CT

Biograph mCT

Biograph mCT 20 Excel

Biograph mCT Flow


2009 2012 2012 2013

kV- range mA 80 - 130 kVP 20 - 345 mA

80 - 140 kVP 20 - 800 mA

80 - 140 kVP 20 - 666 mA

70 - 140 kVP 20 - 666 mA

numero di strati

16 40, 64, 128 20 20, 40, 64

spessore strato, mm

0.6-10 0.4-10 0.6-10 0.4-10 (40 64 slices), 0.6-10 (20 slices)

copertura massima e tempo di spirale

190 cm 100 sec.

198 cm 80 sec.

87 cm 100 sec.

198 cm 100 sec.

PET/CT

Nome del prodotto

Ingenuity TF TruFlight Select


2010 2011

kV- range mA 80 - 140 kVp 20 - 665 mA

90-140 kVP 20 - 500 mA

numero di strati 64 or 128 16

spessore strato, mm

0.5-12.5 0.6-12

copertura massima e tempo

di spirale

190 cm 100 sec. 190 cm 100 sec.

QUALI SONO?

QUANTO LI CONOSCIAMO?

COME INFLUENZANO LA QUALITA’ DELL’IMMAGINE?

PARAMETRI CT

- RISOLUZIONE SPAZIALE

- RISOLUZIONE DI CONTRASTO

- RUMORE

PARAMETRI CT

Funzionali alla qualità d’immagine

in termini di:

La capacità di distinguere come separati due punti vicini tra loro.

RISOLUZIONE SPAZIALE

La capacità di discriminare due pixel contigui che abbiano un differente livello di grigio.

RISOLUZIONE DI CONTRASTO

E’ un’alterazione presente nell’immagine ed è visibile come disomogeneità-granulosità.

RUMORE

NUMERI CT

Sono espressi in Unità Hounsfield e correlati al coefficiente di attenuazione

lineare μ dell’acqua

(μ tessuto – μ acqua)

μ acquaNumero TC = Kx

costante K uguale a 1000

SCALA HOUNSFIELD

I numeri TC sono strettamente correlati alla densità dei tessuti attraversati

Acqua

Aria

Tessuto adiposo

Parenchimi

Osso compatto

Rocca petrosa osso temporale

0 H.U.

-1000 H.U.

Tra –110 e –70 H.U.

Tra +20 e +70 H.U.

Tra +250 e +1000 H.U.

< +3000 H.U.

- Parametri di scansione

- Parametri di ricostruzione

- Parametri di visualizzazione

PARAMETRI CT

- Parametri di scansioneParametri di esposizione Parametri

geometrici

PARAMETRI CT

- Parametri di scansioneParametri di esposizione Parametri

geometrici kiloVoltmilliAmpereTempo scansione

PARAMETRI CT

Parametri di esposizionekiloVolt (kV)

GE kV

Philips kVp

Siemens kV

Toshiba kV

Hitachi kVp

Differenza di potenziale (kV) tra catodo ed anodo, maggiore è l’energia del fascio X, maggiore è il suo potere di penetrazione.

Campo di variazione della tensione:

80 – 100 – 120 – 140 kV

- Densità ossea- Doppia energia

- Pediatria

- Standard

- Elevato BMI

Parametri di esposizionekiloVolt (kV)

Parametri di esposizione

kV: potere penetrante fotoni

statistica di lettura

rumore

risoluzione di contrasto dose

kiloVolt (kV)

Yu et al. Radiographics 2011; 31(3):835-48.

120 kV 80 kV CTDIvol=5.18 mGy CTDIvol=3.98 mGy

Risoluzione di contrasto

Rumore

Tempo necessario affichè il sistema tubo-detettori compia un movimento sull’orbita circolare di 360° attorno al

paziente (secondi)

Radiologia 0,2 – 1s

Medicina Nucleare 0,3 – 30s

Parametri di esposizioneTempo di scansione (s)

T. scansione: artefatti da movimento

durata dell’indagine

fotoni rilevati dai

detettori

rumorosità dell’immagine


CT DIAGNOSTICA

Tempi < per strutture sensibili al movimento, quali possono essere gli atti respiratori ed i battiti cardiaci

Tempi > per strutture non mobili quali ad esempio rachide ed encefalo


Parametri di esposizionemilliAmpere (mA)

GE mA

Philips mA*

Siemens mA*

Toshiba mA

Hitachi mA

* I soli mA non sono modificabili direttamente da

interfaccia utente, ma attraverso altri

settaggi.

Numero di fotoni X che costituiscono il fascio

Parametri di esposizionemilliAmpere (mA)

mA: numero fotoni emessi

statistica di lettura

rumore

dose

risoluzione di contrasto

La variazione dei mA, in rapporto a qualità dell’immagine ed a dose al paziente, è correlata al tempo di

rotazione tubo rad.-dettetori (mAs)

Es. 200 mA x 0.5 s = 100 mAs

Parametri di esposizionemilliAmpere (mAs)

Diminuendo mAs ½ rumore 41%

Aumento mAs fattore 4 rumore fattore 2


http://www.oucom.ohiou.edu/ou-microct/Downloads/Tradeoffs_in_CT_Image_Quality_and_Dose_9794-13379.pdf


http://www.oucom.ohiou.edu/ou-microct/Downloads/Tradeoffs_in_CT_Image_Quality_and_Dose_9794-13379.pdf


SD + 40%

5mm slice - 60 mAs 5mm slice - 340 mAs



GE termine non usato

Philips mAs

Siemens mAs

Toshiba mAs

Hitachi termine non usato


controllo automatico mA

http://www.impactscan.org/rsna2002.htm

http://www.medscape.com/viewarticle/572551_6

http://www.mghradrounds.org

Sector-1

Sector-2

Sector-3

Sector-4

Sector-1

Sector-2

Sector-3

Sector-4

milliAmpere (mAs) controllo automatico mA

Parametri di esposizione

- Parametri di scansioneParametri di esposizione Parametri geometrici

PARAMETRI CT

PARAMETRI CT



Campo di Acquisizione

Spessore stratoPitch factor

PARAMETRI CT

Parametri geometriciCampo di acquisizione

Distinto in:

- Campo di scansione (Scanned Field Of View - SFOV)

- Campo di vista visualizzato/ricostruito (Displayed Field of View - DFOV)

Field of view (FOV)


Field of view (FOV)

GE Scan Field Of View (SFOV, cm)

Philips Pre-impostato nel protocollo, non modificabile da TSRM

Siemens Pre-impostato nel protocollo, non modificabile da TSRM

Toshiba Calibrated Field of View(CFOV)

Hitachi Scan Field Of View (SFOV, mm)


Scanned Field of view (SFOV)

250 (DFOV mm) / 512 (matrice) = 0,49 mm (dimensione assiale pixel)

CT 3 piani= voxel, sull’asse Z è determinato dallo spessore strato

PET/CT NEURO

CT Matrice 512x512

SFOV 70cm

Pixel (mm)= DFOV/matrice



ISOCENTRO

L’isocentro nell’imaging CT è definito come il centro dell’apertura del gantry

Intersezione laser X,Y

Ogni struttura anatomica in studio deve essere centrata in base ad esso.

ERRORE DI CENTRATURA

Parte più spessa del paziente interseca con la parte più spessa del filtro bowtie

Influenza il rumore dell’immagine?Dose eccessiva

Dose troppo bassa

Filtro bowtie


ISOCENTRO

EANM Technologist guideline PET/CT part 1

1

20cm

Fan angle

50%

90%

0%

Rumore in forma di “striature” solo nella parte inferiore dell’immagine a causa dell’errata centratura e conseguente bassa dose nel distretto

Riduzione percentuale effettiva mA

Aumenta la dose al seno


ISOCENTRO


Elevato 4 cm

SD >rumore% incremento mACentrato 6.47 0 % 0%4 cm 8.40 30% 68%6 cm 9.22 43% 100%

Centrato

Elevato 6 cm

30 x 21.5 cm poly phantomAxial images scanned at 120 kv, 200 mA, 2.5mm, 1 sec

La centratura del paziente incide significativamente sul rumore

E’ come se gettassimo via metà della potenza del tubo radiogeno


ISOCENTRO


Collimazione primariaCollima lo spessore del fascio di raggi X all’uscita dal tubo radiogeno.

Determina lo spessore del fascio e pertanto la collimazione di strato

Parametri geometriciSpessore strato

Collimazione

Lo spessore dello strato può essere uguale o superiore alla collimazione ma non inferiore

Collimazione secondariaCollima lo spessore del fascio di raggi X dopo l’attraversamento del paziente e prima dell’ingresso nel detettore

Scopo: limitare lo scatter proveniente dal paziente.


Collimazione

spessore = risoluzione spaziale

statistica lettura

rumore

compenso con mA


120 Kv 250 mA S.10mm 2.0s 120 Kv 250 mA S.1mm 2.0s

Leprotti, web.unife.it/facolta/medicina/


GE Thickness (mm)

Philips Thickness (mm)

Siemens Slice (mm)

Toshiba Image Thickness

Hitachi Slice Thickness


Parametri geometriciPitch factor

http://kabayim.com/

TC spirale

«spirale» dovuta alla rotazione continua del complesso tubo radiogeno-detettori (TR-D), associata all’avanzamento automatico a velocità costante del lettino porta-paziente

Parametri geometrici

Pitch CT spirale monostrato:

rapporto tra lo spostamento del lettino (mm) e la collimazione (mm)

Spostamento lettino 7.5

= = 1.5

Collimazione 5

(spostamento lettino durante singola rotaz. completa TR-D)

Pitch factor

Parametri geometrici

Pitch CT spirale multistato (MSCT):

rapporto tra lo spostamento del lettino (mm) e la collimazione (mm) moltiplicata per numero strati

GECH Discovery D690

Spostamento lettino 39,36

= = 0.984

Collimazione * n°strati 0.625 x 64

Pitch ottimizzato per MSCT = 1

Pitch factor

GE Pitch

Philips Pitch

Siemens Pitch

Toshiba CT Pitch Factor

Hitachi Pitch


Pitch: tempo esame

rumore

dose

risoluzione di contrasto


Pitch 1

Pitch 1.5

Pitch 2

Artefatti CT

Artefatti CT

Si presenta quando due o più tessuti di diversa densità sono contenuti nello stesso voxel, risultato: l’algortimo di ricostruzione fornisce un valore di densità pari al valore medio della densità contenuta nel voxel.

Cause:l’utilizzo in acquisizione di uno spessore di strato superiore alle dimensione del tessuto/lesione/particolare stesso

Soluzione: ridurre lo spessore di strato

Effetto volume parziale

Artefatti CTEffetto volume parziale

Artefatti CT

Causa: presenza di metalli all’interno della struttura anatomica in esame.I metalli per la loro elevata densità assorbono in maniera elevata il fascio X generando il tipico artefatto con delle linee che si irradiano dalla struttura metallica.

Soluzioni: eliminare la presenza di metalli (protesi mobili, forcine etc) quando possibile acquisire o posizionare secondo piani tali da escludere la struttura ad elevata densità.Nuovi algoritmi di ricostruzione.

Artefatti metallici

Artefatti CTArtefatti metallici

Artefatti CT

Causa: malfunzionamento dei detettori, se il questo riguarda un solo detettore nell’immagine si presenta un anello artefattuale, mentre se il malfunzionamento coinvolge più detettori, si presentano più anelli generando la tipica immagine a bersaglio

Soluzione: calibrazioni periodiche dell’apparecchio

Artefatti ad anello

Artefatti CT

Le strutture anatomiche esterne al campo di acquisizione contribuiscono all’attenuazione del fascio, ma la loro densità viene attribuita alle strutture contenute nel campo

Causa: utilizzo di un campo di acquisizione troppo piccolo rispetto alla struttura anatomica in esame, errato posizionamento del paziente.

Soluzione: utilizzo di un campo di acquisizione adeguato alla struttura anatomica in esame.Corretto posizionamento del paziente

Out of field of view / Shading

Causa: Determinato dal movimento del paziente o, nelle indagini toraco -addominali, da movimenti conseguenti all’attività cardio-respiratoria

Soluzione:Ridurre il tempo di acquisizione, negli apparecchi di recente costruzione l’influenza di questo artefatto è limitata grazie alla possibilità di limitare i tempi di acquisizione

Artefatti CTArtefatti da movimento

Artefatti CTArtefatti da movimento

Cause: movimento, errore nei dati acquisiti, ma principalmente sottocampionamento dei fotoni. Il sottocampionamento può dare striature che sono generalmente originate da oggetti ad alta densità caratterizzati profili netti.

Soluzione:Aumento kV o mA, nuovi algoritmi di ricostruzione

Artefatti CTArtefatti da striature

Cause:il fascio attraversando il paziente subisce un’attenuazione nella sua componente ad energia inferiore con conseguente aumento dell’energia media del fascio (indurimento), dando così luogo, in prossimità di aree di alta densità (osso), contigue a zone con densità parenchimale, ad un artefatto lineare di bassa densità (HU aria) che origina dal tessuto osseo.

Soluzione:Correzione attraverso filtri ed algoritmi.

Artefatti CTArtefatti da indurimento del fascio (beam-hardening)

Linee guida in collaborazione con società radiologiche

Tre tipologie di CT sono usate per l’imaging ibrido:

1) correzione per l’attenuazione (AC), senza MDC, non-gated, a respiro libero continuo (5 mm slice thickness);

2) calcium scoring delle coronarie (CAC), senza MDC, gated, trattenendo il respiro (2- 3 mm slice thickness);

3) angio-CT (CTA) per visualizzare le coronarie con MDC, gating, trattenendo il respiro (0.5-0.75 mm slice thickness).

SNMMI/ASNC/SCCT Guideline for cardiac SPECT/CT and PET/CT 1.0


1) Correzione per l’attenuazione (AC)

Parametro CTCollimazione dello

stratoLa collimazione deve essere approssimativamente quella dell'imaging

emissivo (es. 4-5 mm)

Velocità di rotazioneUna rotazione lenta del sistema tubo radiogeno-detettore aiuta ad avere

l'effetto sfocatura dovuto al movimento del ventricolo e creare un’immagine che sia una media tra sistole e diastole (es. 1 s o maggiore)

Pitch tendenzialmente alto (es. 1:1)

Gating ECG Non consigliato

Potenziale-Kv 80-140 kV dipende da indicazioni del costruttore dell’apparecchiatuta

Corrente-mA essendo acquisito solo per la AC, è preferita una corrente bassa (10-20 mA)

Istruzioni per il respiro Respiro libero continuo

Ricostruzione immagini Lo spessore di strato ricostrito deve essere approssimativamente quella dell'imaging emissivo (es. 4-5 mm)


2) Calcium scoring coronarie (CAC)

L’esame prevede l’acquisizione assiale/volumetrica con trigger ECG prospettivo preimpostato al 65-80% del ciclo cardiaco (step-and-shoot - generalmente 4 cicli) dopo inspirio e apnea del paziente; successivamente ricostruita a 2,5-3 mm.

Bassi kV



L’esame prevede l’acquisizione assiale con trigger ECG prospettivo preimpostato al 65-80% del ciclo cardiaco (intervallo R-R) dopo inspirio e apnea del paziente; successivamente ricostruita a 2,5-3 mm.

http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/cscan

Diastole Sistole



L’uso della CAC come AC deve essere ancora approfondito.

La CT-CAC è infatti un’immagine ottenuta a termine diastole, tipicamente mentre il paziente trattiene l’aria dopo inspirio.

Non corrisponde adeguatamente alla MPI, che è un’immagine media del ciclo cardiaco ottenuto con respiro libero continuo.


3) Angio-CT (CTA)

1^ MPI preferibile sforzo farmacologico con vasodilatatori per non aumentare i bpm (dipiridamolo)

2^ CTAAccesso venoso in fossa antecubitale, per iniettare rapidamente il MDC (>300mgI/mL) a 4-7 mL/min, totale 50-120 mL di MDC

Somministrazione β -bloccanti(per portare battiti a 50-65 bpm)

Nitroglicerina (0,4 mg sublinguali o 1 spray) per incrementare la possibilità di visualizzazione delle coronarie di piccolo calibro


3) Angio-CT(CTA)

Paziente supino. Braccia sopra testa. Aquisizione scout torace

http://www.pted.org/?id=chestradiograph3

CT a singolo strato a 2 cm sopra l’orgine dell’aorta ascendente, 1 immagine ogni 1-2 s


3) Angio-CT(CTA)

L’arrivo del MDC in aorta ascendente è temporizzato per mezzo delle tecniche:

timing bolus

bolus tracking


3) Angio-CT(CTA)

Timing bolus

Consiste in una prima iniezione con una quantità limitata di MDC (10-20 mL di MDC a 4-6 mL/s + 20mL fisiologica) con lo scopo di calcolare il timing necessario all’opacizzazione del vaso e iniettare il volume necessario di MDC per ottenere un’immagine diagnostica.


3) Angio-CT(CTA)

Bolus tracking

- Scansione a livello dell’aorta ascendente;- Posizionare un campo di lettura (roi) a livello dell’aorta ascendente;- Stabilire un valore di densità (es 100HU) raggiunto il quale partirà l’acquisizione

Iniezione di 4-7 mL/min, totale 50-120 mL di MDC (dipende da durata scansione), seguiti da un’apnea dopo inspirio, con somministrazione di 40 mL di soluzione salina.


3) Angio-CT(CTA)

ELABORAZIONE MPI-CTA, COREGISTRAZIONE …

3) Angio-CT(CTA)

…e la risonanza magnetica?


Grazie per l’attenzione

mulimodality imaging pet-ct spect-ct luca camoni u.o...

Documents