GAMMA CAMERA (contrôle de qualité)

GAMMA CAMERA

(contrôle de qualité)

Pour toute modalité d’imagerie médicale il est

indispensable de pouvoir disposer de documents à partir

desquels le médecin pourra porter un diagnostique sûr et de

qualité constante.

Définitions:

Pour atteindre ce but il convient d’instituer un programme

d’assurance de la qualité

avec des protocoles

de contrôle de qualité.

Définitions:

Le concept d’assurance de la qualité, en

imagerie médicale, vise l’ensemble du processus

diagnostique depuis l’appareillage jusqu’au compte rendu de

l’examen en passant par les produits radio pharmaceutiques.

Définitions:

Pour la Médecine Nucléaire, il répond à une

définition très précise :

assurance de la qualité

« Ensemble des opérations prévues et systématiques

permettant de garantir avec un niveau de confiance

suffisant qu’une structure, un système ou un composant

donneront des résultats satisfaisants. »

L’ensemble des essais visant à contrôler les

caractéristiques de cet appareillage constitue un

contrôle de qualité.

Dans ce processus on s’intéressera à l’appareillage.

Le contrôle de qualité est mis en œuvre pour un

appareil en vue d’en obtenir le meilleur résultat.

Ensemble des opérations (prévisions, coordination,

réalisation) visant à maintenir ou à améliorer la qualité.

contrôle de qualité

Sa définition est:

Dans son application à une procédure diagnostique,

le contrôle de qualité englobe la surveillance, l’évaluation

et le maintien à un niveau optimal de toutes les

caractéristiques qui peuvent être définies, mesurées et

régulées.

A L’INSTALLATION

GAMMA CAMERA

- réglage de la haute tension (HT) (unique pour les photomultiplicateurs)

pour le détecteur

- réglages des gains (pour chaque photomultiplicateur)

- mesures des matrices de corrections (énergie, linéarité, uniformité (sensibilité))

en mode corps entier:

- réglage du parallélisme axe de déplacement/axe image

- réglage de la vitesse du balayage mécanique

pour le statif

en mode tomographique:

- réglage de la vitesse de rotation (continu et pas à pas)

- détermination du centre de rotation

LES TESTS

Les tests d’évaluation des performances et de

contrôle de qualité peuvent être groupés en trois catégories :

les tests de routine

les tests de référence

les tests de réception

tests de réception

Ces tests permettent d’évaluer les performances de

l’appareil et de s’assurer qu’elles correspondent aux

spécifications annoncées par le constructeur.

Ils doivent être faits dès l’installation de la caméra à

scintillations.

tests de référence

Les résultats des tests de réception serviront de

référence pour les tests de routine.

Les tests de référence doivent être répétés après des

réparations importantes, la maintenance annuelle ou un

déménagement.

tests de routine

Les tests de routine sont la répétition régulière de

certains tests de référence.

Ils permettent de s’assurer des performances

optimales de l’appareil en continu et de déterminer le taux et

l’étendue des détériorations.

tests de routine

Ils sont faits suivant un protocole bien défini. Les

tests devront être : reproductibles, faciles à mettre en œuvre.

Il faut utiliser des accessoires simples, rester proche

des conditions d’utilisation clinique.

Au niveau national et international, de nombreux

protocoles de tests des caméra à scintillations ont été publiés

(NEMA, CEI), (AAPM, OMS, IAEA, SFPH). Ils

s’adressent aux constructeurs ou aux utilisateurs.

NEMA (National Electrical Manufacturers Association)

CEI (Commission Electro-Technique International)

AAPM(American Association of Physicists in Medicine)

OMS (Organisation Mondiale de la Santé)

IAEA (International Atomic Energy Agency )

SFPH (Société Française des Physiciens d’Hôpital)

GAMMA CAMERA

calculateur détecteur

calculateur statif

interface

traitements

stockage

documents

d’examen

détecteur

statif

gamma caméra (caméra à scintillations)

Le fonctionnement des caméras à scintillations

peut être divisé en trois parties :

- le calibrage caméra/calculateur

- les mouvement mécaniques

- la détection

la détection

source radioactive détecteur

Le détecteur

Ce sont les performances du détecteur qui

définissent au premier abord la qualité des images

scintigraphiques.

-uniformité

-linéarité

-réponse énergétique

Les paramètres physiques intervenant sont l’énergie

(E), la position (XY) et la sensibilité (Z). A ces paramètres

correspondent les propriétés :

REPONSE

ENERGETIQUE

La réponse énergétique concerne les caractéristiques

(amplitude, dispersion) des signaux E des

photomultiplicateurs pour différents rayons .

réponse énergétique

Elle englobe les caractéristiques du cristal, des

photomultiplicateurs et de l’électronique.

C cristal NaI(Tl)

PM photomultiplicateur

DT diviseur de tension

même signal E

IDEALEMENT...cristal parfait...PM identiques...électronique

identique

signaux Ei différents

EN REALITE...cristal non homogène

...PM différents...électronique différente

E…..signal moyen

Ei….signal pour le PMi

Ei…E - Ei

Si….seuil inférieur

Ss….seuil supérieur

LINEARITE

La linéarité concerne la correspondance entre les

coordonnées géométriques et les valeurs des signaux ±x,

linéarité

photomultiplicateurs et de l’électronique.

C cristal NaI(Tl)

linéarité

en position I les signaux x, y

sont créés par les PM 1,2,3,4,5

en position II les signaux x, y

sont créés par les PM 6,5,7,2,8

-x,+y1

PM1PM2

-x,+y2

+x,+y1

+x,+y2

linéarité

position coordonnées géométriques valeurs signaux

I (+X,-X),(+Y1,-Y1) (+x,-x),(+y1,-y1)

II (+X,+X),(+Y2,-Y2) (+x±x1,-x± x2),(+y2 ±y1,-y2

linéarité

UNIFORMITE

L’uniformité concerne la réponse Z ( nombre des

coups détecté ) du détecteur à une irradiation uniforme

uniformité

photomultiplicateurs, des collimateurs et de l’électronique.

C cristal NaI(Tl)

uniformité

NZSMCE

uniformité

PM4 N1

même comptage

IDEALEMENT...cristal parfait...PM identiques...électronique

identique

comptages différents

EN REALITE...cristal non homogène

...PM différents...électronique différente

Les tests concernantla réponse du détecteur

- paramètres intrinsèques concernant les

réponses du détecteur sans collimateur.

Les tests comprennent les paramètres suivants:

- paramètres système concernant les réponses de

l’ensemble détecteur avec collimateur à une source

ponctuelle ou à une source étendue, sans et avec milieu

diffusant.

paramètres intrinsèques

- résolution énergétique

- linéarité

- uniformité

- résolution spatiale

- taux de comptage

paramètres système

- uniformité

- résolution spatiale sans diffusant

- résolution spatiale avec diffusant

- sensibilité

- linéarité

- uniformité

- taux de comptage

résolution énergétique

source

Source ponctuelle de ~10MBq

L > 5*diamètre champ de détection

cristal

la résolution énergétique

E largeur à mi-hauteur

Isotope énergie E résolution

(keV) (keV) (%)

Ga67 92 13.8 15

Tc99m 140 15.9 11.3

In111 171 18 10.5

Ga67 185 19 10.3

In111 245 25 10.2

Ga67 300 30 10

I131 365 36.5 10

la résolution énergétique

- linéarité

- uniformité

- taux de comptage

source

linéarité

Source ponctuelle de ~ 200MBq

masque en Pb

cristal

plexiglas

masque en Pb

linéarité

masque de linéarité

source

linéarité

masque en Pb

cristal

x x’

profil d’activité (x - x’)

linéarité

profil d’activité (y -y‘)

linéarité

Dans chaque bande on détermine les distances entre les positions des pics adjacents.

H…………………..hauteur picMH………………...mi-hauteur picXa, Xb……………..emplacements valeurs pic à mi-hauteurXe = (Xa +Xb)/2…..emplacement pic

linéarité

La linéarité spatiale différentielle, pour le champ

de vue du détecteur, est l’écart-type de toutes les distances

mesurées en mm sur les images acquises selon les

orientations X et Y.

Le facteur de conversion mm pixel est obtenu en

divisant l’écart réel entre deux pics adjacents (30mm) par la

moyenne des écarts mesurés en pixel, pour tous les pics du

champ de vue.

linéarité

La linéarité spatiale absolue est obtenue en ajustant

par la méthode des moindres carrés les deux jeux de

données pris séparément (selon X et Y), à un ensemble de

ligne parallèles également espacées de la distance entre pics

adjacents, pour l’orientation considérée.

Elle s’exprime comme la plus grande valeur, en mm,

des déplacements X ou Y entre les lignes observées et

ajustées sur la totalité du champ de vue.

- linéarité

- uniformité

- taux de comptage

uniformité intrinsèque

source

Source ponctuelle de ~10MBq

cristal

=S / L2 S=2/4

L=5 =(2/4)/ 252

’ = S/ R2 S=2/4

R2 = L2+/4

L=5 =(2/4) /(252+(2/4))

diamètre champ de détection

L distance source / détecteur

l’angle solidesource

La réponse du détecteur à une irradiation uniforme et

isotrope est caractérisée par :

Ces valeurs sont évaluées, après lissage par un filtre

de 9 points, sur 75% du champ de vue défini par une région

d’intérêt (ROI).

l’uniformité intégrale (Ui) et

l’uniformité différentielle (Ud).

La valeur maximale VM et minimale Vm des contenus

de l’ensemble des pixels dans le ROI sont déterminées.

uniformité intégrale (Ui)

minimalevaleur ....

maximalevaleur ....

uniformité intégrale (Ui)

Chaque pixel non nul est le centre d’un groupe de

5x5 pixels. Les contenus des 25 pixels de ce groupe sont

comparés deux à deux dans toutes les directions.

uniformité différentielle (Ud)

Pour chaque groupe on calcule la plus grande

différence de comptage (VM - Vm) et pour la totalité des

groupes ( dans le ROI ) on relève la plus grande différence

de comptage max(VM - Vm) qui définit les valeurs VS et VI.

ROI de 5*5pixel

avec VM et Vm

)-V(V....Vm du V

)-V(V du ....V VVV

- linéarité

- uniformité

- résolution spatiale- taux de comptage

source

résolution spatiale

masque en Pb

cristal

source

masque en Pb

cristal

x x’

H…………………..hauteur picMH………………...mi-hauteur picDH………………...dixième de la hauteurLHD = (Xb - Xa)….largeur à mi-hauteurLDH = (Xd - Xc)….largeur au dixième de la hauteurXe = (Xa + Xb)/2….position pic

Sur l’image acquise, des profils de largeur 30mm sont tracés perpendiculairement à l’axe des fentes. Sur chacunes des courbes, sont calculées : LMH et LDH

Le facteur de conversion mm/pixel est obtenu en divisant la distance entre les fentes (30mm) par le nombre des pixels.

En tenant compte des toutes les valeurs obtenues suivant les axes X et Y la résolution spatiale s’exprime en mm par :

LMH = <LMH> ± LMH

LDH = <LDH> ± LDH

LMH et LDH sont les écart-types des LMH et LDH

- linéarité

- uniformité

- taux de comptage

source

taux de comptage

Source ponctuelle d ’activité croissante

cristal

Activité croissante

taux de comptage

Ac.. activité sourceN….taux de comptageNo...taux de comptage observéNr…taux de comptage réel…. temps mort

rNro eNN eparalysabl

1 eparalysabl non

- uniformité

- sensibilité

uniformité système

Source plane uniforme Co57 de ~ 370MBq

collimateur

cristal

méthode 1

Source plane remplissable en plexiglas

(eau + isotope en solution acide faible)

collimateur

cristal

méthode 2

La réponse du détecteur à une irradiation uniforme et

isotrope est caractérisée par :

Ces valeurs sont évaluées, après lissage par un filtre

de 9 points, sur 75% du champ de vue défini par une région

d’intérêt (ROI).

l’uniformité intégrale (Ui) et

l’uniformité différentielle (Ud).

- uniformité

- résolution spatiale sans diffusant- résolution spatiale avec diffusant

- sensibilité

résolution spatiale sans diffusant

sources filiformes

collimateur

cristal

sur la surface du collimateur à 10cm de la surface du collimateur

- uniformité

- résolution spatiale avec diffusant- sensibilité

résolution spatiale avec diffusant

sources filiformes

collimateur

cristal

diffusant (eau)

sans diffusant avec diffusant

sans diffusant à 10cm avec diffusant à 10cm

- uniformité

- sensibilité

source

collimateur

cristal

diffusant

sensibilité

L’activité de la source doit être connue avec

précision.

sensibilité

Elle est mesurée avec et sans matériau diffusant.

La sensibilité du système s’exprime en imp / Bq.sec

pour le radionucléide et le collimateur utilisés.

les mouvements mécaniques

mouvements

de l’ensemble détecteur / statif

Mouvements :

translation et rotation manuelle,

rotation automatique ( tomographie),

translation automatique ( corps entier)

TOMOGRAPHIE

tomographie

L’exploration scintigraphique par tomographie

permet de reconstituer la distribution 3D de la radioactivité

à partir des projections 2D.

Il est impératif d’effectuer préalablement les

contrôles généraux en ce qui concerne le détecteur.

L'acquisition des projections est réalisée par rotation,

autour du patient, de l’ensemble de détection.

Les tests spécifiques pour le mode d’acquisition

tomographique sont :

- exactitude angulaire

- vitesse de rotation en mode continu

- détermination du centre de rotation

- uniformité de la coupe reconstruite

- sensibilité en fonction de l’angle

- résolution spatiale après reconstruction

tomographie

centre de rotation

En imagerie planaire la position de l’image par

rapport à la matrice d’acquisition n’est pas critique.

En tomographie les logiciels de reconstruction

prennent comme hypothèse que l’axe de rotation du

détecteur correspond à la colonne centrale de la matrice

d’image.

Le décalage du centre de rotation conduit à des

distorsions de l’image (artefacts) et par conséquence à une

perte de résolution et de contraste.

centre de rotation

0 degré

180 degré

0 degré

180 degré

imageaxe de rotation

centre de rotation

projections

source

centre de rotation

détecteur

axe de rotation

image de la source

champ du détecteur

0 60 120 180 240 300 360

degré

centre de rotation

position Y du centre de gravité de l’image de la source

axe de rotation

image de la source

champ du détecteur

0 60 120 180 240 300 360

degré

centre de rotation

position X du centre de gravité de l’image de la source

résolution spatiale après reconstruction

Les facteurs intervenants dans la définition de la

résolution spatiale après reconstruction tomographique sont:

- le collimateur

-etc….

- les filtres de reconstruction

- le milieu diffusant

- la distance collimateur / patient

fantôme de résolution spatiale

tubes capillaires remplis

avec de la radioactivité

diffusant (eau)

fantôme de résolution spatiale

vue transversale

vue frontale

200mmtubes capillaires remplis

avec de la radioactivité

diffusant (eau)

projections

détecteur

projections

rétroprojection filtrée

coupe transversale

profil d’activité

coupe transversale

profil d’activité

coupe transversale

CORPS ENTIER

corps entier

L’exploration scintigraphique par balayage dite

corps entier permet de réaliser en un seul passage une

image projetée de tout ou partie de l’ensemble du corps du

patient.

Ce mode est une extension du mode planaire, il est

donc impératif d’effectuer préalablement les contrôles

généraux.

Ce balayage est réalisé par translation, soit de

l’ensemble de détection, soit de la table d’examen.

corps entier

lit d’examen

détecteur

statif

corps entier

Détecteur 1

Détecteur 2

corps entier

Les tests spécifiques pour le mode d’acquisition corps

entier sont :

corps entier

test balayage mécanique

- parallélisme axe de déplacement /axe image

- vitesse de balayage mécanique

test balayage électronique

- variation spatiale de la réponse énergétique

- variation spatiale de la résolution spatiale

variation spatiale

de la réponse énergétique

variation spatiale de la réponse énergétique

variation spatiale de la résolution spatiale

balayage électronique

fantôme

détecteur

lit d’examen

résolution spatiale longitudinale

profil d ’activité

résolution spatiale transversale

profil d ’activité

Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5

Rxi résolution spatiale dans le point Xi

calibrage caméra / calculateur

géométrie

champ de vue dimensions image

Le plus petit élément d’une image (surface). Son contenu est uniforme.

pixel :

N*N pixels

taille pixel=L/N

N’*N’ pixels

taille pixel=L/N’

N’=2N

N’’*N’’ pixels

taille pixel=L/N’’

N’’=4N

champ de vision

matrice d’image

matrice d’images taille de pixel calculée

512*512 1.05mm

256*256 2.1mm

128*128 4.2mm

64*64 8.4mm

(champ de vue de 540/400mm)

matrice d’image

source

mesure de la taille réelle des pixels

masque en Pb

cristal

source

masque en Pb

cristal

x x’

H…………………..hauteur pic

MH………………...mi-hauteur pic

LHD = (Xb - Xa)….largeur à mi-hauteur

Xe = (Xa + Xb)/2….position pic

La taille réelle des pixels en mm est obtenue en

divisant la distance entre les fentes (30mm) par le nombre de

pixels et ceci pour toutes les valeurs suivant les axes X et Y .

FREQUENCE DES TESTS

Test Réception Référence Fréquence

Résolution énergétique * * hebdomadaire/quotidien

Uniformité intrinsèque * * hebdomadaire/quotidien

Uniformité système * * hebdomadaire/quotidien

R.spatiale intrinsèque * * annuelle/visuel mensuel

R.spatiale système * * annuelle

Linéarité intrinsèque * * annuelle

Linéarité système * * annuelle

Sensibilité * * annuelle

Taux de comptage * à l ’installation

Fuites de blindage * à l ’installation

GAMMA CAMERA (contrôle de qualité)

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