GAMMA CAMERA (contrôle de qualité)

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.

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.

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.

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. »

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.

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. 

A L’INSTALLATION DE LA GAMMA CAMERA

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))

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

LES TESTS

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

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

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

- 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

source radioactive  détecteur la détection source radioactive  détecteur

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

REPONSE ENERGETIQUE

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.

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

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

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

LINEARITE

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.

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

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

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)

UNIFORMITE

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.

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

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

la réponse du détecteur Les tests concernant la réponse du détecteur

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.

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

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

paramètres intrinsèques

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

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

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

la résolution énergétique Isotope énergie DE 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

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

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).

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

uniformité intégrale (Ui) ROI VM Vm

uniformité intégrale (Ui)

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.

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

uniformité différentielle (Ud)

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

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

paramètres système

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

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

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

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).

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

résolution spatiale sans diffusant sources filiformes collimateur cristal

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

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

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

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

résolution spatiale avec diffusant sans diffusant avec diffusant

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

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

sensibilité diffusant source collimateur cristal

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.

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

translation et rotation manuelle, rotation automatique ( tomographie), 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. 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.

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

centre de rotation

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

centre de rotation projections

centre de rotation détecteur projections source

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

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

résolution spatiale après reconstruction

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….

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

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

résolution spatiale après reconstruction projections

résolution spatiale après reconstruction détecteur projections

résolution spatiale après reconstruction

résolution spatiale après reconstruction coupe transversale rétroprojection filtrée projections

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

résolution spatiale après reconstruction y profil d’activité D R x R 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 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.

corps entier détecteur statif lit d’examen rail

corps entier

corps entier Détecteur 1 Détecteur 2

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

de la réponse énergétique variation spatiale de la réponse énergétique

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

variation spatiale de la résolution spatiale

balayage électronique résolution spatiale balayage électronique

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

résolution spatiale longitudinale balayage électronique profil d ’activité X

résolution spatiale transversale balayage électronique profil d ’activité Y

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

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

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

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

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)

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

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

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

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

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 .

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

FIN