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Análisis de calidad de imagen en PET
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Fundamento físico del PET
• Método de diagnóstico por imagen no invasivo
• Se basa en la detección simultánea de dos fotones de 0.511 MeV.
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Detección de los rayos gamma
• Centelleador: el fotón gamma es absorbido y reemitido en forma de fotones del visible.
• Fotomultiplicador: absorbe fotones del visible y emite electrones que multiplica para crear una corriente apreciable.
• Electrónica: procesa y almacena la información recibida.
Cristales
centelleadores
Fotomultiplicadores
y cristal LSO
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SinogramaSinograma
Adquisición de datos
● Representación gráfica que permite guardar las coincidencias entre detectores● Sistema con dos coordenadas
LOR (Línea de Respuesta)
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Tipos de adquisición
Adquisición de datos
● Tiene en cuenta todas las posibles combinaciones de coincidencias.● Sensibilidad mayor pero no tan buena como cabría esperar debido a la atenuación y dispersión de fotones
• Sólo tiene en cuenta coincidencias entre cristales dentro del mismo anillo• Colimadores de tungsteno
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Reconstrucción de imágenes
Un objeto se puede reproducir exactamente a partir de un conjunto de sus proyecciones
tomadas desde distintos ángulos
• Métodos directos de Fourier o analíticos
• Métodos iterativos-estadísticos
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Métodos analíticos: FBP
• Método de retroproyección filtrada
• Basado en el Teorema de la sección central de Fourier
• Rápido y sencillo. No utiliza información estadística
• Muy útil cuando el número de cuentas es alto
Reconstrucción de imágenes
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Métodos iterativo-estadísticos
• Estadística de Poisson aplicada a la emisión de positrones en la fuente
• La resolución de imagen PET se considera un problema estadístico de datos incompletos
• Método de maximización de la esperanza (EM)• Inconvenientes: deterioro de la calidad de la imagen tras
cierto número de iteraciones, alto coste de cómputo, lenta convergencia.
• Ventajas: mejor contraste y relación señal-ruido• Método utilizado: MLEM (Maximum Likelihood -expectation
maximization)
Reconstrucción de imágenes
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Método MLEM
• SRM (System Response Matrix)
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Objetivos del trabajo
• Determinación de los parámetros óptimos para la reconstrucción de imágenes obtenidas con el tomógrafo GE/VISTA- drT.
• ¿Cómo? Realizando un estudio de la calidad de dichas imágenes para varias combinaciones de los parámetros con los que reconstruimos.
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eXplore VISTA
● Escáner PET para animales pequeños
● Presenta un sistema de corrección del efecto DOI(Depth of interaction) ● Diámetro anillos 11.8 cm
Apertura 8 cmFOV axial 4.8 cm
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Tamaño del detector: DOI
• Efecto de la profundidad de la interacción
• Error en la identificación de LOR
• A mayor grosor del cristal mayor sensibilidad del detector, pero mayor dispersión de fotones
Reconstrucción de imágenes
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NEMA phantom
QC-NEMA-PHANTOM
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Medidas realizadas
• Resolución• Ruido• Coeficientes de Recuperación• Contraste• Detectabilidad• Otros aspectos evaluados
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Resolución• La resolución de una técnica de imagen médica es la
capacidad del sistema para percibir como separados dos objetos próximos entre sí
6 mm 4 mm 3 mm
Factores que influyen en la resolución: Tamaño del detector, rango del positrón, no colinealidad, geometría del sistema, materiales que componen el sistema detector
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¿Cómo medimos la resolución?
● Efecto de volumen parcial● En el caso ideal recuperaríamos un perfil cuadrado. En el caso real, parte de la actividad contenida en el cilindro se ha desbordado a regiones circundantes, de forma que un perfil idealmente cuadrado adquiere la forma de una gaussiana. La actividad real queda subestimada.
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¿Cómo medimos la resolución?
• Definimos la resolución del sistema como el fwhm de la gaussiana con la que nuestro perfil original ha sido convolucionado.
• Derivamos el perfil obtenido tras la reconstrucción para obtener la anchura de la gaussiana con la que se ha convolucionado nuestro perfil cuadrado original.
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Imágenes sintéticas sin ruido
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Imágenes sintéticas con ruido
• Definimos el ruido como el cociente entre la desviación estándar de la zona uniforme y el número de cuentas medidas en la zona uniforme.
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Curvas resolución-ruido
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Coeficientes de recuperación
• Se definen como el cociente entre el número de cuentas en un cilindro y el número de cuentas en la región uniforme.
• En el caso ideal deberían ser del 100%. En el caso real, en cambio, debido a los efectos de volumen parcial, los valores de RCoscilan entre el 30% para los cilindros más pequeños y el 70-80% para los cilindros más grandes.
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Curvas resolución-RC
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Contraste y detectabilidad
• Se define la detectabilidad como el cociente entre el número de cuentas en un cilindro pequeño y la desviación estándar de la zona uniforme
Contraste caliente
Contraste frío
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Otros aspectos evaluados
• Número de subsets: cada iteración es una actualización de la imagen para mejorar su calidad. Pueden estar compuestas a su vez, de diferente número de subsets.
• Objetos reiterados• Ventana de energía
• IQ100: 100-700 keV• IQ250: 250-700 keV• IQ400: 400-700 keV
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Imágenes reales
• Estudio de la calidad de imágenes obtenidas a partir de QC-NEMA-PHANTOM para distintos emborronamientos en proyección y retroproyección.
• Trabajamos en concreto con dos combinaciones de FF y FB para los modelos de matriz de respuesta del sistema simplificado y normal de IQ250. Estudiamos los valores de Recovery Coefficient, resolución, contraste y detectabilidad para distintos valores de ruido.
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Curvas RC-ruido
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Curvas resolución-ruido
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Curvas contraste
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Curvas detectabilidad
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Ficha 1
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Ficha 2
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Conclusiones
• La mejor resolución alcanzable con el tomógrafo GE/VISTA-drT y nuestro método de reconstrucción es del orden de 1 mm.
• La reiteración reduce el ruido de las imágenes y mejora, por tanto, su calidad con moderado o ningún coste en los valores de otros parámetros de calidad de imagen.
• El hecho de considerar una SRM simplificada con gran empleo de cuasi-simetrías [9], no implica un deterioro de la calidad de las imágenes, incluso al contrario. El modelo simplificado es válido para obtener una calidad de imagen aceptable.