PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CT VÀ VẬT LÝ KỸ THUẬT

PHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CTPHƯƠNG PHÁP CHỤP ẢNH CTPET CT

MỤC TIÊU Ụ

1 Trình bày được lịch sử phát triển của

má PET à PET CT

2 Mô tả được nguyên lý hoạt động của

máy PET và PET-CT

máy ghi hình PET-CT.

ế ố

3 Giải thích các yếu tố cơ bản làm ảnh

hưởng đến chất lượng hình ảnh PET/CT

4 Mô tả được sự cần thiết và tầm quan của

công tác kiểm tra chất lượng máy

công tác kiểm tra chất lượng máy

PET/CT.

NỘI DUNG

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình PET, PET/CT

B Nguyên lý ghi hình của máy PET

C Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

D Xử lý dữ liệu trước khi tái tạo thành hình ảnh

E Bảo đảm chất lượng máy PET/CT

Progress of Disease and Imaging

June-Key Chung, MD

Department of Nuclear Medicine

Seoul National University Hospital

A Lịch sử phát triển thiết

bị ghi hình PET PET/CT

- 1933, Thibaud và Joliot khám phá hiện tượng phát xạ positron

từ các nhân phóng xạ

- 1945 positron lần đầu được ứng dụng trong y khoa bởi Tobias

bằng cách sử dụng 11C-CO ghi hình ở chế độ photon đơn để

nghiên cứu đường đi (số phận) của 11C-CO trên người

1951 kỹ th ật hát hiệ t ù hù đượ thự hiệ bởi hó

- 1951, kỹ thuật phát hiện trùng phùng được thực hiện bởi nhóm

nghiên cứu tại MGH (Massachusetts General Hospital)

- 1953 hình ảnh trùng phùng đầu tiên được công bố

- 1953, hình ảnh trùng phùng đầu tiên được công bố

- 1955, bệnh viện Hammersmith (UK), bv đầu tiên lắp ráp Cyclotron sản xuất các nhân phóng xạ phát positron ứng dụngCyclotron sản xuất các nhân phóng xạ phát positron ứng dụng

vào y khoa

Thập niên 80 và 90 hình ảnh PET được cải thiện hơn nhờ

- Thập niên 80 và 90, hình ảnh PET được cải thiện hơn nhờ

sử dụng các loại tinh thể nhấp nháy mới cũng như kết hợp xữ

lý hiệu chỉnh độ suy giảm trước khi tái tạo

- Từ 2000, kỹ thuật ghi hình phát triển vượt bật với sự kết

hợp của CT để hiệu chỉnh suy giảm, kỹ thuật vi tính,…các thế hệ tinh thể nhấp nháy mới (LSO)

thế hệ tinh thể nhấp nháy mới (LSO)

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT ghi hình PET, PET/CT, tt

Hình ảnh được công bố đầu tiên g

về phương pháp ghi hình phát xạ positron trên người, sử dụng đồng

vị 74 As (17,8 ngày) cho bệnh nhân u não tái phát.

Thiết bị ghi hình positron đầu tiên trên thế giới Ảnh chụp Bs Brownell (trái) và Aronow và thiết bị năm 1953

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT tt ghi hình PET, PET/CT, tt

MGH, PC-I thiết bị ghi hình cắt

lớp đầu tiên trên thế giới (1968 –

1971) Ghi hình não với 69Ga trên máy

PC-I

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT tt ghi hình PET, PET/CT, tt

MGH, PC-II (1971 – 1976)

Ghi hình não người trên máy PC-II và thuốc 18F-FDG

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT ghi hình PET, PET/CT, tt

Các hình ảnh chuyển hoá đường (18F-FDG, lưu lượng máu(C15O2), chuyển hoá Oxy (15O2) và sự phân số chiếc xuất

oxy (Oxygen Extraction Fraction) ghi nhận được từ máyPC-II trên chuột

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT

ghi hình PET, PET/CT, tt

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT ghi hình PET, PET/CT, tt

Thế hệ ECAT 1976 (Emission Comp teri ed A ial Tomograph) đầ tiên ới Thế hệ ECAT -1976 (Emission Computerized Axial Tomograph) đầu tiên với các đầu do tinh thể NaI sắp xếp bố trí thành vòng bao quanh bệnh nhân.

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT ghi hình PET, PET/CT, tt

ECAT ACCEL 2000 máy ghi hình toàn thân chế độECAT ACCEL – 2000, máy ghi hình toàn thân, chế độ chụp 2D/3D, sử dụng tinh thể LSO

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT ghi hình PET, PET/CT, tt

Biograph - 2001

In 2000 Time Magazine named the

Fastest Quality Imaging

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình PET PET/CT tt

“Open” PET/CT

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT

ghi hình PET, PET/CT, tt

PET/CT – ghi hình xạ trị

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT

ghi hình PET, PET/CT, tt

PET/CT – Biograph True Point 64

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT ghi hình PET, PET/CT, tt

PET/CT – Biograph 64, FOV = 21,6 cm

A Lịch sử phát triển thiết bị

hi hì h PET PET/CT

ghi hình PET, PET/CT, tt

“Stripped” PET/CT

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình PET PET/CT tt

 Biograph™ mCT - Technical

Specifications Biograph 64 - Technical Specifications

ghi hình PET, PET/CT, tt

• 0.30 second CT rotation time

• 100 kW CT power with 128-slice

CT

• 0.24 mm isotropic CT resolution with z-UHR

• 0.33 second rotation time on

• 5 minute PET•CT imaging with

TrueV and ultraHD•PET

imaging with TrueV

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình

PET tt

Ingenuity TF PET/MR

Philips Healthcare's PET/MR system is in clinical trials.

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình

PET tt

NỘI DUNG

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình PET, PET/CT

B Nguyên lý ghi hình của máy PET

C Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

D Xử lý dữ liệu trước khi tái tạo thành hình ảnh

E Bảo đảm chất lượng máy PET/CT

B Nguyên lý ghi hình của máy PET

Hiệu chỉnh ngẫu nhiên

Ảnh PET sau cùng

Hiệu chỉnh tán xạ Hiệu chỉnh suy giảm

Hiệu chỉnh thời gian chết

Tái tạo ảnh

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

http://depts.washington.edu/nucmed/IRL/pet_intro/intro_src/section2.html#fig1

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

- PET là kỹ thuật chụp hình phát xạ positron, viết tắt từ Positron Emission Tomography Phát xạ Positron là một hiện g p y ï ä ä

tượng phân rã phóng xạ của các đồng vị không bền Các đồng vị này được sản xuất từ máy gia tốc vòng Cyclotron

- Quãng chạy của positron trong mô là rất nhỏ cỡ khoảng 1-2 mm trước khi nó va chạm với electron của nguyên tử vật chất Lúc này positron và electron sẽ tao ra một hiện

vật chat Luc nay positron va electron se tạo ra một hiện

tượng tức thì cở khoảng 10-10 s gọi là hiện tượng

“positronium” trước khi xãy ra hiện tượng hũy cặp và sinh

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PET-schema.png

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

 Photon hũy cặp thoát ra từ người bệnh sẽ được ghi

nhận bởi các đầu dò PET

nhận bơi cac đau do PET

 Đầu dò bố trí xung quanh máy PET chỉ ghi nhận các

h t đ á đ à thời 2 đ à d ø t ät kh û thời

photon đen đong thơi 2 đau do trong một khoang thơi

gian gọi là thời gian “trùng phùng”

 Đường thẳng nối giữa 2 đầu dò PET, được ghi nhận

là một sự kiện huỹ cặp gọi là LOR “Line – of

-Response” Response

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

Line-Of-Response (LOR)

http://cellsighttech.com/technology/pet.html

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

 Tín hiệu mà hệ thống đầu dò ghi nhận được gọi là bộ dữ liệu sư kiện Dữ liệu thô này đươc lưu trong kho ma trận

liệu sự kiện Dư liệu tho nay được lưu trong kho ma trận Sinigram ứng với gốc và khoảng cách của các LOR trong

trường nhìn FOV (Field of View)

 Ma trận thô dữ liệu thô Sinogram sẽ được xử lý bằng thuật toán và phần mềm vi tính trước khi tái tạo thành ảnh

PET thưc thuPET thực thụ

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

Tóm lại:

1 PET, Positron Emission Tomography là máy ghi

hình dựa vào việc ghi nhận các photon hũy cặp

ngươc nhau “back-to-back” ngược nhau back to back

2 PET, giúp phát hiện chẩn đoán bệnh sớm nhờ vào

2 PET, giup phat hiện chan đoan bệnh sơm nhơ vao

sự thay đổi ở cấp độ sinh hóa của tế bào.

3 Các đồng vị phóng xạ phát positron thường dùng trong PET là 18F, 15O, 13N, 11C Các đồng vị

nay được san xuat tư may gia toc vong, Cyclotron.

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

1 Phát hiện sư kiện.

ảnh PET Để xác định được một LOR cần:

1 Phat hiện sự kiện.

2 Định vị sự kiện.

3 X ù đị h ư ki ä

3 Xác định sự kiện.

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

1 PHÁT HIỆN SỰ KIỆN:

Segmented block of Scintillator crystal Reflector material Reflector material packed in saw cuts

Four single -channel PMTs

 Sư kiện đươc phát hiện như thế nào?

 Sự kiện được phat hiện như the nao?

- Bằng cách dùng những đầu dò được thiết

k á i â bi ät h ù PET kế riêng biệt cho máy PET.

1 PHÁT HIỆN SỰ KIỆN, tt:

 Đầu dò trong máy PET thường đươc dùng với vật liệu

 Đau do trong may PET thương được dung vơi vật liệu tinh thể nhấp nháy như: NaI, BGO, LSO, GSO, YSO và LiBr3, được thiết kế dưới dạng mảng (array) nhỏ gắn trong

các ống nhân q ang PMT (PhotoM ltiplier T be)cac ong nhan quang PMT (PhotoMultiplier Tube)

1 PHÁT HIỆN SỰ KIỆN, tt:

1 PHÁT HIỆN SỰ KIỆN, tt:

Đầu dò với tinh thể detector nhấp nháy p y

LSO

1 PHÁT HIỆN SỰ KIỆN, tt:

TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU

TINH THỂ NHẤP NHÁY

 Thời gian chết, độ phân giải năng lượng: g p g g g càng thấp càng tốt g p g

 Hệ số hấp thụ, hiệu suất ánh sáng: càng cao càng tốt

1 PHÁT HIỆN SỰ KIỆN, tt:

TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TINH THỂ NHẤP NHÁY

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

2 Định vị sự kiện

 Vị trí sự kiện tức là phần nào của tinh ị ï ä p thể đã ghi nhận được photon?

??

2 Định vị sự kiện, tt

PMT C PMT A  Để xác định phần nào của tinh

thể đã ghi nhận đươc một photon

y

the đa ghi nhận được một photon, người ta lấy trọng số biên độ của tín hiệu từ các phần chia nhỏ của

B A

PMT PMT

PMT PMT

PMT PMT

PMT

PMT X

B A

D B

C A

D C

B A

PMT PMT

PMT PMT

PMT PMT

PMT

PMT Y

PMT PMT

PMT PMT

) (

B Nguyên lý ghi hình của máy PET, tt

3 XÁC ĐỊNH SỰ KIỆN TRÙNG PHÙNG, tt

Các loại sự kiện trùng phùng:

ã Trùng phùng đúng:

Cả 2 tia gamma thoát

ra từ cơ thể không tán

ø đ á d t t

Trùng phùng tán xạ:

Một hay 2 tia gamma

tán xạ trong mô hoặc

Trùng phùng ngẫu nhiên:

2 gamma từ 2 hũy cặp khác nhau nhưng vô tình

đ ä ø 2 d t t ø xạ và đến detector

trong chính detector đập vào 2 detector cùng

một thời điểm.

https://wikihost.uib.no/ift/index.php/PET_Project

3 XÁC ĐỊNH SỰ KIỆN TRÙNG PHÙNG, tt

 Cửa số thời gian của một mạch trùng phùng để thu nhậncác sự kiện đúng trong khoảng 5 – 15ns, tùy vào vật liệutinh thể nhấp nháy

Sơ đồ một mạch trùng phùng Một sự kiện đúng được ghi nhận khi bộ ä ï g p g ä ï ä g ï g ä ä xử lý logic nhận được một điện thế đồng thời từ 2 ngõ vào.

https://wikihost.uib.no/ift/index.php/PET_Project

3 XÁC ĐỊNH SỰ KIỆN TRÙNG PHÙNG, tt

Sự kiện đúng, được chấp nhận và lưu vào kho lưu trữ

dư liệu để tái tao

3 XÁC ĐỊNH SỰ KIỆN TRÙNG PHÙNG, tt

Sự kiện tán xạ sẽ bị loại bỏ

3 XÁC ĐỊNH SỰ KIỆN TRÙNG PHÙNG, tt

Sự kiện ngẫu nhiên cũng được ghi nhận vào kho lưu trữ

dữ liệu và sẽ đươc hiệu chỉnh sau ä ï ä

Relax….!

" Ai hã lặ thi h hớ ói hiề

" Ai hãy lặng thinh chớ nói nhiều

Để nghe dưới nước đáy hồ reo

Để nghe tơ liễu run trong gió

Và để nghe trời giải nghĩa yêu"

Hàn Mặc Tử.

StreXX….Now!

Ôn lại… ạ

Ơn lại,… ạ ,

h ø h ø Mạch trùng phùng

Ôn lại… ạ

Line-Of-Response (LOR)

Câu hỏi ôn tập kiến thức

Answer: a-iv; b-iii; c-ii; d-i; Answer: a iv; b iii; c ii; d i;

NỘI DUNG

A Lịch sử phát triển thiết bị ghi hình PET, PET/CT

B Nguyên lý ghi hình của máy PET

C Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

D Xử lý dữ liệu trước khi tái tạo thành hình ảnh

E Bảo đảm chất lượng máy PET/CT

C Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

 Chất lượng ảnh: là độ sắc nét (tương phản), độ trung thưc của ảnh

trung thực cua anh.

 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ảnh PET

à gồm:

C 1 Yếu tố bệnh nhân

C-1 Yeu to bệnh nhan.

C.2 Yếu tố kỹ thuật.

C.3 Yếu tố vật lý.

C.1 YẾU TỐ BỆNH NHÂN:

a Kích cỡ của bệnh nhân:

Kích cỡ của bệnh nhân sẽ ảnh hưởng đến độ suy giảm và

- Kích cơ cua bệnh nhan se anh hương đen độ suy giam va tán xạ của photon trong quá trình nó đi đến detector Cơ thể

càng nhỏ thì càng ít suy giảm và tán xạ

b Cấu trúc cơ thể học của cơ thể (xương, phổi, mô mềm…):

- Sư suy giảm của Photon trong vật chất là một hàm năng ï y g g ä ä g

luợng và mật độ electron đối với vật liệu hấp thụ

c Di chuyển không điều kiện như: (thở tim đập) và chuyển

c Di chuyen khong đieu kiện như: (thơ, tim đập) va chuyen động có điều kiện như: (đầu, cổ, tay và chân) do bệnh nhân

phải nằm trong một thời gian dài trong máy PET

Phương pháp để giảm nhiễu do cử động của

bệnh nhân:

1 Tạo môi trường phòng PET thoải mái, thân thiện

2 Sử dụng dụng cụ cố định bệnh nhân

3 Giải thích với bệnh nhân để có sự phối hợp, hợp tác tốt

4 Tăng kích thước “FOV”  giảm thời gian chụp

C á đị h đ à Cố định đầu

C.1 YEÁU TOÁ BEÄNH NHAÂN, tt:

C.1 YEÁU TOÁ BEÄNH NHAÂN, tt:

C Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

hình ảnh

C-1 Yếu tố bệnh nhân.

C.2 Yếu tố kỹ thuật.

C 3 Yếu tố vật lý C.3 Yeu to vật ly.

C-2 YẾU TỐ KỸ THUẬT Ä

GỒM:

C-2.1 ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN.

C-2.2 ĐỘ NHẠY CỦA DETECTOR.

Û C-2.3 ĐỘ PHÂN GIẢI NĂNG LƯỢNG.

C-2.1 ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN

À GỒM:

C-2.1-1 Đầu dò (Detector) C-2.1-2 Quãng chạy không “zero” của positron sau

phân rã C-2.1-3 Sự không tuyến tính của photon hũy cặp.

C-2.1 ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN,tt:

Độ phân giải không gian đề cập đến tính sắc nét và chi tiết của hình ảnh

Theo NEMA NU-02-2001:

Theo NEMA NU 02 2001:

y 1 Độ phân giải không gian được xác

định bằng những điểm ảnh tai các ị g g ïkhoảng cách khác nhau trong trường nhìn FOV Sử dụng 3 nguồn đặt tại

các toa độ sau: x=0cm y 1cm;

x

x=0cm, y=10cm và x=10cm, y=0cm

ứng với tâm của FOV cũa máy

Định nghĩa trục tọa độ

2 Lấy dữ liệu ở dạng 2D, 3D

3 Cuối cùng độ pgkg được xác định

C-2.1 ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN,tt:

Tangential profile DẠNG GAUSSIAN VÀ

Khoảng cách từ điểm cưc đai

Z (trục Z, axial) Khoang cach tư điem cực đại

 Độ phân giải của PET thường được biểu diễn theo 2 hướng

transaxial (gồm 2 thành phần tangential, radial) và axial

C-2.1 ĐỘ PHÂN GIẢI KHÔNG GIAN,tt:

C-2.1-1 ĐẦU DÒ (DETECTOR):

 Vì PET sử dụng các detector rời rạc do đó, độ phân

giải không gian của detector được xác định bằng độ rộng

của mỗi detector qua FWHM

 Tại mặt giữa của 2 detector, FWHM = d/2 (d là đường kính detector)

kính detector)

 Độ phân giải không gian tỷ lệ thuận với kích thước

detector

detector

C-2.1-1 ĐẦU DÒ (DETECTOR):

detector

B

FWHM ~ 3d/4 FWHM ~ d

FWHM ~ d/2

Mặt giữa 2

Mặt giưa 2 detector

Width d

detector

A

C-2.1-2 QUÃNG CHẠY KHÔNG “ZERO”

CỦA POSITRON SAU PHÂN RÃ.

C-2.1-2 QUÃNG CHẠY KHÔNG “ZERO”

CỦA POSITRON SAU PHÂN RÃ, tt

 Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng, ảnh

hưởng của quãng chạy positron đối với độ phân giải không gian là có thực tuy nhiên so với độ phân giải của toàn hệ thống là vài mm thì ảnh hưởng này là không g g y g

đáng kể

C-2.1-2 QUÃNG CHẠY KHÔNG “ZERO”

CỦA POSITRON SAU PHÂN RÃ, tt

Nghiên cứu mơ phỏng Monte-Carlo về sự phân bố vị trí hủy cặp gây ra bởi

nguồn điểm 18 F và 15 O cho thấy hình dạng phân bố của 15 O rộng hơn 18 F

do positron phát ra từ 15 O (1,7 MeV) cĩ năng lượng trung bình cao hơn 18 F (0,635 MeV).

C-2.1-3 ẢNH HƯỞNG DO SỰ LỆCH GÓC

 Nếu gọi góc lệnh không tuyến tính là , khi đó ta có

C-2.1-3 ẢNH HƯỞNG DO SỰ LỆCH GÓC

KHÔNG TUYẾN TÍNH, tt

 Ảnh hưởng của sự lệch gốc hủy cặp lên độ phân giải không g ự ệ g y ëp ä p g ggian được biểu diễn dưới dạng FWHM và là một hàm tuyến tính phụ thuộc vào kích thước của vòng detector (D), được cho

bởi:

D

bơi:

 Vd, máy Biograph Truepoint 64 có đường kính thân máy

(bore) là 70 cm Khi đó độ phân giải lệch gốc R = 0 0022 ×(bore) la 70 cm Khi đo độ phan giai lệch goc R180 = 0,0022 ×

70 = 0,154 cm = 1,54 mm

KẾT HỢP CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG (1,1 + 1.2 + 1.3)

 Độ phân giải hệ thống Rsys của hệ detector PET là tổng của:

2 2

Rdet là độ phân giải của hệ detector, có giá trị ~d/2

 R là đai diện của độ phân giải quãng chay của positron

 Rrange la đại diện cua độ phan giai quang chạy cua positron

 R đai diện cho độ phân giải không gian gây ra do

 Rnon-colinearity đại diện cho độ phan giai khong gian gay ra do ảnh hưởng góc lệch không tuyến tính 

R1800 = 0,0022 x D (đường kính của máy PET)