Instrumentación y perspectivas


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Transcripción

1 PET / MRI: Instrumentación y perspectivas Roberto A. Isoardi Fundación Escuela de Medicina Nuclear Comisión Nacional de Energía Atómica Mendoza, Argentina

2 Motivación PET/MRI: Primeros equipos híbridos diseñados en los 90 Integración anatómica-metabólica MR provee mejor contraste en tejido blando que CT No agrega exposición radiológica Integración multi-funcional (ej. PET vs. fmri o espectroscopía) Reconstrucción de PET y corrección de efecto de volumen parcial en base a MR Corrección de atenuación de PET (?)

3 PET en un campo magnético? Reducción de rango del positrón Efecto notable a altos campos y altas energías de positrón: 15 O, 68 Ga, 82 Rb Y sólo para equipos PET pre-clínicos de alta resolución

4 PET/MRI simultáneo: un desafío tecnológico Detección de fotones de 511 kev en campos magnéticos altos Colocar detectores de centelleo (PET) dentro del magneto Colocar bobinas colectoras (RF) dentro del sistema PET Lograr reducción de artefactos mutuos

5 - Los detectores tradicionales de PET son sensibles a campos magnéticos - El FOV de MRI no debe obstruirse con materiales de alta susceptibilidad - La alta RF puede interferir en la señal de PET Cortesía de M. Judenhofer, UC Davis, CA, USA

6 Señal de PET sin RF Señal de PET con RF - Los gradientes de RM y pulsos de RF pueden inducir ruido y corrientes en la electrónica de PET -Los componentes PET tienen que ser blindados - Los cambios en gradientes de campo no se pueden blindar Cortesía de M. Judenhofer, UC Davis, CA, USA

7 Uno de los primeros intentos (1997) Y. Shao, S.R. Cherry et al., Phys Med Biol 42 (1997) P.K. Marsden et al., Brit J Radiology 75 (2002) S53-S59

8 1. Llevar los PMT lejos del magneto Cortesía de A.J. Lucas et al, Wolfson Centre,Cambridge, UK

9 2. Reemplazar los PMTs por APDs Cortesía de B. Pichler, S. Cherry et al, UCDavis / Tübingen

10 3. Inserto PET para cabeza Cortesía de I. Panagiotelis, Siemens Medical Solutions

11 Detector PET convencional (PMT) Detector PET basado en APD 5 5 mm 2 Cortesía de B. Pichler et al, U Tübingen

12 Detector PET basado en APD (Foto-diodos de avalancha) A favor: -Tamaño compacto - Mejor eficiencia cuántica -Insensibles a campos magnéticos En contra: -Baja ganancia (100 a 1000) -Pobre respuesta temporal -Deriva con temperatura (3%/K) Cortesía de M. Judenhofer, UC Davis, CA, USA

13 PMT de Silicio (SiPM Geigermode-APD) G-APD 6.5 x 7 mm 2 3x3 mm 2, 60x60 celdas Cada celda, 50x50 m 2 -Cada celda opera por encima de la tensión de ruptura (breakdown) -La señal de salida es la suma de todas las celdas -Cada celda da máxima ganancia ante interacción con fotones Cortesía de Armin Kolb, Universidad de Tuebingen

14 Cortesía de Armin Kolb, Universidad de Tuebingen

15 PET/MRI para humanos: 3 configuraciones

16 Configuraciones actuales: Separado Inserto PET Integrado - Usa tecnología común de PMT - Aleja la detección de PET del campo de RM - Requiere detectores compatibles con RM - Sólo modifica al PET para que sea transparente al RM - Fusiona tecnología PET y MRI - Integra completamente PET y RM en el hardware Cortesía de M. Judenhofer, UC Davis, CA, USA

17 Brain PET/MRI insert Sólo cabeza/cerebro Detectores APD 32x6 bloques cristales LSO: 2.5x2.5x20 mm3 FOV: 19x28 cm2 Cortesía Universidad de Tübingen

18 PET/MRI secuencial de cuerpo entero Ingenuity (Philips) PET FOV: 70x18 cm Cristales LYSO, 4x4x22mm3 23x44 cristales en 28 módulos MRI 3T (60 cm apertura) Camilla compartida Sybille Ziegler, TUM; Volkmar Schulz, RWTH

19 Biograph mmr Siemens

20 Cortesía de Siemens

21 PET/MR integrado: performance de PET Resolución 4.5 mm Prácticamente sin interferencias entre MR y PET Delso G. et al., Performance Measurements of the Siemens mmr Integrated Whole-Body PET/MR Scanner, JNM 2011

22 SIGNA PET/MR Cortesía de GE

23 GE SIGNA PET/MR MR750w 3T MRI TOF PET Detector PET Integración de hardware PET/RM Cortesía de GE

24 Centellador basado en Lutecio Cortesía de GE

25 Componentes principales Detector PET compatible con RM Integrated Body Coil & PET Ring PET Ring Se reemplaza el PMT por fotomultiplicador de Si (SiPM) Cortesía de GE

26 Componentes PET/MR: set de bobinas Unidad cabeza y cuello Sets anteriores 8-channel Breast Array* Set posterior Split Head Coil (Transmit/Receive) GEM Flex-Suite Large, Medium, & Small 8-Channel High Resolution Brain Array* Cortesía de GE

27 Detector PET Blindaje de RF con revestimiento de Cu Arreglo de cristales LBS con guías de luz y reflexión aumentada Fotomultiplicadores SiPM con tarjeta/asics Tapa compatible con MR con revestimiento de Cu Módulo de electrónica distribuida Placa cerámica fría con revestimiento de Cu Junta de acople Placa de Al de montaje Digital board processes signals from ASICs Cold Plate Cortesía de GE

28 PET Tiempo de vuelo (TOF) PET Convencional el evento se produjo en algún lugar a lo largo de esta línea TOF-PET el evento se produjo en este sector Ventana de coincidencias (4-6ns) SiPM Tiempo de vuelo (< 400ps) Cortesía de GE

29 Detector PET Cortesía de GE

30 Sensibilidad de PET 9.4 mci, 90 min p.i. Cortesía Universidad de Stanford

31 PET/MR - 21 cps/kbq PET/CT - 7 cps/kbq Cortesía Universidad de Zurich

32 4.8 mci FDG PET/CT and PET/MR 20min PET/CT (45min p.i.) 30min PET/MR (80min p.i.) Cortesía Universidad de Zurich

33 Importancia de PET-Tiempo de Vuelo SNR y CNR mejorados Non-TOF TOF Cortesía Universidad de Uppsala

34 PET/MR - FDG 11 C-Colina Paciente M 63 a Recidiva o radionecrosis? Lesiones claramente visibles Con PET/MR - 11C-Colina Cortesía de FUESMEN

35 PET/MR FDG Cuerpo entero Cortesía de FUESMEN

36 PET/MR FDG Cardiológico Caso: Miocarditis Infección corroborada con PET Cortesía de FUESMEN

37 Corrección de atenuación de PET en PET/MRI - problemas Atenuación de fotones de 511 kev en distintos tejidos y en bobinas de RM La imagen de RM no contiene valores de densidad electrónica como en CT No hay espacio (ni es razonable) para agregar fuentes adicionales de transmisión como en PET tradicional.

38 Métodos para AC basados en RM: - Segmentación clases de tejido (ignorando hueso) y se asignan coeficientes de atenuación para 511 kev - Puede requerir secuencias de RM especiales (Dixon) - Generalmente no aplicable en cerebro. - Basado en atlas + reconocimiento de patrones - Se toma un conjunto de pares MR-CT como referencia (atlas) y se lo registra contra la RM del estudio PET/RM a corregir. - Potenciales errores en la registración

39 Par MR-CT Registrado = Atlas Registración RM Atlas a RM paciente Aplicar registración a CT Atlas RM Paciente Pseudo-CT hecha con RM

40 Protocolo PET/MRI: ejemplo Cortesía de Martinez-Möll et al, U München

41 Reconstrucción de PET en base a MR Retroproyección Filtrada (FBP) Maximum A Posteriori (MAP) Cortesía de J. Nuyts (Leuven)

42 PET/MR - FDG: neurocitoma PET-metionina MRS Colina/Acetil-aspartato MR- Difusión Tracto óptico Cortesía de UH Tübingen, Departmento de Radiología

43 Conclusiones PET/RM abre nuevas posibilidades e interrogantes Desafío para procesar enorme cantidad de datos clínicos: PET + RM multifuncional (DWI, MRS, etc) PET/MR pre-clínico y dedicado a mama En desarrollo: Corrección de atenuación Reconstrucción guiada por RM Corrección de Efecto de Volumen Parcial Corrección de movimiento

44 Gracias! Agosto 2015

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