GAMMA CAMERA (contrôle de qualité).

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1 GAMMA CAMERA (contrôle de qualité)

2 Définitions: 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.

3 d’assurance de la qualité
Définitions: Pour atteindre ce but il convient d’instituer un programme d’assurance de la qualité avec des protocoles de contrôle de qualité.

4 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.

5 assurance de la qualité
Pour la Médecine Nucléaire, il répond à une définition très précise : « 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. »

6 Dans ce processus on s’intéressera à l’appareillage.
L’ensemble des essais visant à contrôler les caractéristiques de cet appareillage constitue un contrôle de qualité. Le contrôle de qualité est mis en œuvre pour un appareil en vue d’en obtenir le meilleur résultat.

7 contrôle de qualité Sa définition est:
Ensemble des opérations (prévisions, coordination, réalisation) visant à maintenir ou à améliorer la qualité. 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. 

8 A L’INSTALLATION DE LA GAMMA CAMERA

9 pour le détecteur - réglage de la haute tension (HT) (unique pour les photomultiplicateurs) - réglages des gains (pour chaque photomultiplicateur) - mesures des matrices de corrections (énergie, linéarité, uniformité (sensibilité))

10 pour le statif en mode corps entier: - réglage du parallélisme axe de déplacement/axe image - réglage de la vitesse du balayage mécanique en mode tomographique: - réglage de la vitesse de rotation (continu et pas à pas) - détermination du centre de rotation

11 LES TESTS

12 Les tests d’évaluation des performances et de contrôle de qualité peuvent être groupés en trois catégories : les tests de réception les tests de référence les tests de routine

13 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.

14 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.

15 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.

16 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.

17 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.

18 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)

19 GAMMA CAMERA

20 gamma caméra (caméra à scintillations)
stockage détecteur calculateur détecteur interface calculateur statif lit d’examen statif traitements documents

21 - les mouvement mécaniques - le calibrage caméra/calculateur
Le fonctionnement des caméras à scintillations peut être divisé en trois parties : - la détection - les mouvement mécaniques - le calibrage caméra/calculateur

22 source radioactive  détecteur
la détection source radioactive  détecteur

23 Le détecteur Ce sont les performances du détecteur qui définissent au premier abord la qualité des images scintigraphiques. Les paramètres physiques intervenant sont l’énergie (E), la position (XY) et la sensibilité (Z). A ces paramètres correspondent les propriétés : -réponse énergétique -linéarité -uniformité

24 REPONSE ENERGETIQUE

25 réponse énergétique La réponse énergétique concerne les caractéristiques (amplitude, dispersion) des signaux E des photomultiplicateurs pour différents rayons g. Elle englobe les caractéristiques du cristal, des photomultiplicateurs et de l’électronique.

26 PM photomultiplicateur DT diviseur de tension
réponse énergétique PM DT C E +x -x +y -y C cristal NaI(Tl) PM photomultiplicateur DT diviseur de tension

27 réponse énergétique IDEALEMENT ...cristal parfait ...PM identiques
...électronique identique EN REALITE ...cristal non homogène ...PM différents ...électronique différente même signal E signaux Ei différents

28 réponse énergétique E…..signal moyen Ei….signal pour le PMi DEi…E - Ei
Ss E…..signal moyen Ei….signal pour le PMi DEi…E - Ei Si….seuil inférieur Ss….seuil supérieur Ei

29 LINEARITE

30 linéarité La linéarité concerne la correspondance entre les coordonnées géométriques et les valeurs des signaux ±x, ±y. Elle englobe les caractéristiques du cristal, des photomultiplicateurs et de l’électronique.

31 PM photomultiplicateur DT diviseur de tension
linéarité PM DT C E +x -x +y -y C cristal NaI(Tl) PM photomultiplicateur DT diviseur de tension

32 en position I les signaux x,  y sont créés par les PM 1,2,3,4,5
linéarité +y -x,+y1 y- PM1 PM2 PM3 PM4 PM5 S y+ PM7 PM8 PM6 -y -x,+y2 +x,+y1 +x,+y2 I II 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

33 linéarité position coordonnées géométriques valeurs signaux I (+X,-X),(+Y1,-Y1) (+x,-x),(+y1,-y1) II (+X,+X),(+Y2,-Y2) (+x±Dx1,-x± Dx2),(+y2 ±Dy1,-y2 ±Dy2)

34 UNIFORMITE

35 uniformité L’uniformité concerne la réponse Z ( nombre des coups détecté ) du détecteur à une irradiation uniforme. Elle englobe les caractéristiques du cristal, des photomultiplicateurs, des collimateurs et de l’électronique.

36 PM photomultiplicateur DT diviseur de tension
uniformité PM DT C +x -x +y -y N Z SMC E C cristal NaI(Tl) PM photomultiplicateur DT diviseur de tension

37 uniformité même comptage IDEALEMENT ...cristal parfait
PM1 PM2 PM3 PM4 N N1 PM4 N N2 PM3 N PM2 N3 N PM1 N4 même comptage IDEALEMENT ...cristal parfait ...PM identiques ...électronique identique EN REALITE ...cristal non homogène ...PM différents ...électronique différente comptages différents

38 la réponse du détecteur
Les tests concernant la réponse du détecteur

39 Les tests comprennent les paramètres suivants:
- paramètres intrinsèques concernant les réponses du détecteur sans collimateur. - 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.

40 paramètres intrinsèques
- résolution énergétique - linéarité - uniformité - résolution spatiale - taux de comptage

41 paramètres système - uniformité - résolution spatiale sans diffusant - résolution spatiale avec diffusant - sensibilité

42 paramètres intrinsèques

43 paramètres intrinsèques
- résolution énergétique - linéarité - uniformité - résolution spatiale - taux de comptage

44 résolution énergétique
source L E N Source ponctuelle de ~10MBq L > 5*diamètre champ de détection cristal

45 la résolution énergétique
DE largeur à mi-hauteur Eo E N N0 N0/2

46 la résolution énergétique
Isotope énergie DE résolution (keV) (keV) (%) Ga Tc99m In Ga In Ga I

47 paramètres intrinsèques
- résolution énergétique - linéarité - uniformité - résolution spatiale - taux de comptage

48 linéarité Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection masque en Pb cristal

49 linéarité 30mm 1mm Pb plexiglas masque en Pb masque de linéarité

50 linéarité Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection masque en Pb cristal

51 profil d’activité (x - x’)
linéarité profil d’activité (x - x’) x x’ profil d’activité (y -y‘)

52 Dans chaque bande on détermine les distances entre
linéarité Xa Xb H MH Xe Dans chaque bande on détermine les distances entre les positions des pics adjacents. H…………………..hauteur pic MH………………...mi-hauteur pic Xa, Xb……………..emplacements valeurs pic à mi-hauteur Xe = (Xa +Xb)/2…..emplacement pic

53 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.

54 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.

55 paramètres intrinsèques
- résolution énergétique - linéarité - uniformité - résolution spatiale - taux de comptage

56 uniformité intrinsèque
source L Source ponctuelle de ~10MBq L > 5*diamètre champ de détection cristal

57 uniformité intrinsèque source
D L  5 D R l’angle solide  =S / L2 S=pD2/4 L=5D  =(pD2/4)/ 25D2  =p /100 ’ = S/ R2 S=pD2/4 R2 = L2+D2/4 L=5D  =(pD2/4) /(25D2+(D2/4))  =p/101 D diamètre champ de détection L distance source / détecteur

58 uniformité intrinsèque
La réponse du détecteur à une irradiation uniforme et isotrope est caractérisée par : l’uniformité intégrale (Ui) et l’uniformité différentielle (Ud). 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).

59 uniformité intégrale (Ui)
La valeur maximale VM et minimale Vm des contenus de l’ensemble des pixels dans le ROI sont déterminées.

60 uniformité intégrale (Ui)
ROI VM Vm

61 uniformité intégrale (Ui)

62 uniformité différentielle (Ud)
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. 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.

63 uniformité différentielle (Ud)
ROI ROI de 5*5pixel avec VM et Vm

64 uniformité différentielle (Ud)

65 paramètres intrinsèques
- résolution énergétique - linéarité - uniformité - résolution spatiale - taux de comptage

66 résolution spatiale Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection masque en Pb cristal

67 résolution spatiale Source ponctuelle de ~ 200MBq
L > 5*diamètre champ de détection masque en Pb cristal

68 profil d’activité (x - x’)
résolution spatiale profil d’activité (x - x’) x x’ profil d’activité (y -y‘)

69 MH………………...mi-hauteur pic DH………………...dixième de la hauteur
résolution spatiale H MH DH Xc Xa Xe Xb Xd H…………………..hauteur pic MH………………...mi-hauteur pic DH………………...dixième de la hauteur LHD = (Xb - Xa)….largeur à mi-hauteur LDH = (Xd - Xc)….largeur au dixième de la hauteur Xe = (Xa + Xb)/2….position pic

70 résolution spatiale 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.

71 résolution spatiale En tenant compte des toutes les valeurs obtenues suivant les axes X et Y la résolution spatiale s’exprime en mm par : LMH = <LMH> ± sLMH LDH = <LDH> ± sLDH sLMH et sLDH sont les écart-types des LMH et LDH

72 paramètres intrinsèques
- résolution énergétique - linéarité - uniformité - résolution spatiale - taux de comptage

73 taux de comptage Source ponctuelle d ’activité croissante
L > 5*diamètre champ de détection cristal

74 No...taux de comptage observé Nr…taux de comptage réel t…. temps mort
Ac Nr N Ac.. activité source N….taux de comptage No...taux de comptage observé Nr…taux de comptage réel t…. temps mort

75 paramètres système

76 - uniformité paramètres système - résolution spatiale sans diffusant
- résolution spatiale avec diffusant - sensibilité

77 uniformité système méthode 1 Source plane uniforme Co57 de ~ 370MBq
collimateur cristal

78 uniformité système méthode 2 Source plane remplissable en plexiglas
(eau + isotope en solution acide faible) collimateur cristal

79 uniformité système La réponse du détecteur à une irradiation uniforme et isotrope est caractérisée par : l’uniformité intégrale (Ui) et l’uniformité différentielle (Ud). 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).

80 - résolution spatiale sans diffusant
paramètres système - uniformité - résolution spatiale sans diffusant - résolution spatiale avec diffusant - sensibilité

81 résolution spatiale sans diffusant
sources filiformes collimateur cristal

82 résolution spatiale sans diffusant
sur la surface du collimateur à 10cm de la surface du collimateur

83 résolution spatiale sans diffusant
sur la surface du collimateur à 10cm de la surface du collimateur R0 D R10 D

84 - résolution spatiale avec diffusant
paramètres système - uniformité - résolution spatiale sans diffusant - résolution spatiale avec diffusant - sensibilité

85 résolution spatiale avec diffusant
diffusant (eau) sources filiformes collimateur cristal

86 résolution spatiale avec diffusant
sans diffusant avec diffusant

87 résolution spatiale avec diffusant
sans diffusant à 10cm avec diffusant à 10cm D R10 D Rd10

88 - sensibilité paramètres système - uniformité
- résolution spatiale sans diffusant - résolution spatiale avec diffusant - sensibilité

89 sensibilité diffusant source collimateur cristal

90 Elle est mesurée avec et sans matériau diffusant.
sensibilité L’activité de la source doit être connue avec précision. La sensibilité du système s’exprime en imp / Bq.sec pour le radionucléide et le collimateur utilisés. Elle est mesurée avec et sans matériau diffusant.

91 de l’ensemble détecteur / statif
les mouvements mécaniques mouvements de l’ensemble détecteur / statif

92 translation et rotation manuelle, rotation automatique ( tomographie),
Mouvements : translation et rotation manuelle, rotation automatique ( tomographie), translation automatique ( corps entier)

93 TOMOGRAPHIE

94 tomographie L’exploration scintigraphique par tomographie permet de reconstituer la distribution 3D de la radioactivité à partir des projections 2D. L'acquisition des projections est réalisée par rotation, autour du patient, de l’ensemble de détection. Il est impératif d’effectuer préalablement les contrôles généraux en ce qui concerne le détecteur.

95 tomographie 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

96 centre de rotation

97 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.

98 centre de rotation 0 degré 180 degré 0 degré 180 degré image
63 0 degré 180 degré 63 63 0 degré 180 degré 63 image axe de rotation

99 centre de rotation projections

100 centre de rotation détecteur projections source

101 position Y du centre de gravité de l’image de la source
centre de rotation Y image de la source champ du détecteur X axe de rotation position Y du centre de gravité de l’image de la source

102 position X du centre de gravité de l’image de la source
centre de rotation Y image de la source champ du détecteur X axe de rotation position X du centre de gravité de l’image de la source

103 résolution spatiale après reconstruction

104 résolution spatiale après reconstruction
Les facteurs intervenants dans la définition de la résolution spatiale après reconstruction tomographique sont: - le collimateur - la distance collimateur / patient - le milieu diffusant - les filtres de reconstruction -etc….

105 résolution spatiale après reconstruction
fantôme de résolution spatiale tubes capillaires remplis avec de la radioactivité diffusant (eau)

106 résolution spatiale après reconstruction
fantôme de résolution spatiale 80mm vue transversale tubes capillaires remplis avec de la radioactivité 200mm 250mm vue frontale diffusant (eau)

107 résolution spatiale après reconstruction
projections

108 résolution spatiale après reconstruction
détecteur projections

109 résolution spatiale après reconstruction

110 résolution spatiale après reconstruction
coupe transversale rétroprojection filtrée projections

111 résolution spatiale après reconstruction
y profil d’activité D R x R coupe transversale

112 résolution spatiale après reconstruction
y profil d’activité D R x R coupe transversale

113 CORPS ENTIER

114 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 balayage est réalisé par translation, soit de l’ensemble de détection, soit de la table d’examen. Ce mode est une extension du mode planaire, il est donc impératif d’effectuer préalablement les contrôles généraux.

115 corps entier détecteur statif lit d’examen rail

116 corps entier

117 corps entier Détecteur 1 Détecteur 2

118 corps entier Les tests spécifiques pour le mode d’acquisition corps entier sont : test balayage électronique variation spatiale de la réponse énergétique - variation spatiale de la résolution spatiale test balayage mécanique parallélisme axe de déplacement /axe image - vitesse de balayage mécanique

119 de la réponse énergétique
variation spatiale de la réponse énergétique

120 variation spatiale de la réponse énergétique
Eo E N Eo E N Eo E N

121 variation spatiale de la résolution spatiale

122 balayage électronique
résolution spatiale balayage électronique

123 balayage électronique
résolution spatiale balayage électronique détecteur lit d’examen fantôme lit d’examen

124 résolution spatiale longitudinale balayage électronique
profil d ’activité X

125 résolution spatiale transversale balayage électronique
profil d ’activité Y

126 balayage électronique
résolution spatiale balayage électronique X Rx1 Rx2 Rx3 Rx4 Rx5 Rxi résolution spatiale dans le point Xi

127 champ de vue  dimensions image
calibrage caméra / calculateur géométrie champ de vue  dimensions image

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

129 matrice d’image champ de vision N*N pixels N’*N’ pixels 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

130 matrice d’image matrice d’images taille de pixel calculée 512* mm 256* mm 128* mm 64* mm (champ de vue de 540/400mm)

131 mesure de la taille réelle des pixels
source L Source ponctuelle de ~ 200MBq L > 5*diamètre champ de détection masque en Pb cristal

132 mesure de la taille réelle des pixels
source L Source ponctuelle de ~ 200MBq L > 5*diamètre champ de détection masque en Pb cristal

133 mesure de la taille réelle des pixels
profil d’activité (x - x’) x x’ profil d’activité (y -y‘)

134 mesure de la taille réelle des pixels
H MH Xa Xe Xb H…………………..hauteur pic MH………………...mi-hauteur pic LHD = (Xb - Xa)….largeur à mi-hauteur Xe = (Xa + Xb)/2….position pic

135 mesure de la taille réelle des pixels
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 .

136 FREQUENCE DES TESTS

137 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

138 FIN