Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská

Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Zkušenosti se scintilační kamerou E.CAM
na oddělení nukleární medicíny – PET centru
Nemocnice Na Homolce
(technická zpráva)
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
23.3.2000
Oddělení nukleání medicíny – PET centrum
Nemocnice Na Homolce
Roentgenova 2
150 30 Praha 5
tel.: 02 – 5727 2165
fax: 02 – 5727 2163
1/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Úvod
V červnu 1999 byla v nově vznikajícím PET centru instalována kamera E.CAM model DualHead Variable-Angle System. Od srpna 1999 je využívána rutinně k vyšetřením a jako konvenční
scintilační kamera představuje vhodné doplnění pro efektivní diagnostiku PET vyšetření.
Model Dual-Head Variable-Angle System umožňuje kromě standardní rotace a náklonu
detektorů také nekruhovou dráhu, při níž detektory kopírují tělo pacienta a rekonfiguraci detektorů ze
základní polohy 180° do poloh 90° a 76°, které lze s výhodou použít pro kardiologické studie.
Z volitelných doplňků vybavení kamery je zastoupena transmisní korekce absorpce a EKG monitor
pro hradlování při snímání kardiologických studií, kolimátory typu High Resolution, Fanbeam a
Medium-Energy.
Obr. 1: Kamera E.CAM Dual-Head Variable-Angle System na Oddělení nukleární medicíny – PET
centru Nemocnice Na Homolce. Vlevo konfigurace detektorů 180°, vpravo 90°.
Umístění kamery
Kamera byla instalována v místnosti o rozměrech 4,60m x 5,90m. V místnosti s kamerou je
umístěn jeden vozík na nejpoužívanější kolimátory (High Resolution a Fanbeam), vozík s kolimátory
Medium-Energy je ve vedlejší místnosti.
Legenda:
10
5
13
1 gantry kamery
2 lůžko
3 parkovací poloha pro lůžko
4 kolimátorový vozík
5 elektronika kamery
6 klimatizace
7 UPS
8 nástěnná a pultová skříňka
9 aplikační vozík
10 umyvadlo
11 vchod z ovladovny
12 vchod z aplikační místnosti
13 průchod kontrolovaným pásmem
14 vchod z čekárny
15 okno 60x35 cm
14
1
12
6
2
9
3
4
11
8
7
15
Obr. 2: Schéma umístění kamery E.CAM Dual-Head Variable-Angle System na Oddělení
nukleární medicíny – PET centru Nemocnice Na Homolce.
2/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Všechny dveře jsou vyplněny olověným plechem, na stěnách je 2x2,5 cm barytové omítky.
Během snímání sedí personál v ovladovně a pacienta sleduje okénkem s olovnatým sklem. U akviziční
konzole je bezpečnostní tlačítko pro okamžité zastavení kamery a pro vypnutí proudu.
Kamera a její ovládání
Všechny pohyby a rekonfigurace kamery jsou plně elektronické, ovládány tlačítky na LCD
displeji nebo panýlku pro ruční ovládání. Výjimkou je jen posun lůžka – po vymáčknutí spojky lze
ručně zasunout nebo vysunout lůžko horizontálně do libovolné pozice. Aktuální pozice lůžka, gantry a
detektorů se zobrazuje na LCD displeji kamery. Poloha jednotlivých částí a konfigurace kamery je
detekována mnoha čidly a z jejich informací je vyhodnocováno povolení k dalším pohybům. Tedy
nemožnost pohnout kamerou v některém směru znamená, že kamera je v takové poloze, že zvolený
pohyb by mohl být potenciálně nebezpečný a vést k poškození kamery. Co však není možno ohlídat je
okolí kamery, a proto je nutno mít stále na zřeteli, že v dosahu detektorů a lůžka kamery nesmí zůstat
žádné cizí předměty (např. vozík, postel, schůdky atd.), protože kolize s těmito předměty by mohla
vést k nenávratnému poškození, až zničení kamery.
V případě komplexnějších procedur s kamerou, jako je např. výměna nebo sejmutí kolimátorů,
je třeba přesně postupovat krok za krokem podle instrukcí (v angličtině) na LCD displeji. Během
výměny kolimátorů je vozík s kolimátory ukotven jednak k podlaze, jednak k hlavě detektoru 1 a jeho
předčasné oddálení by mohl vést k mechanickému poškození kamery. Výměna kolimátorů je
ukončena testem senzorů na povrchu kolimátorů, které zastaví kameru, dotkne-li se jich pacient během
snímání. Přeskočení testu povrchů kolimátorů (Touch Pad Test) po jejich výměně nebo po zapnutí
kamery) znamená nedostatek informací o stavu kamery a projeví se až při nedovolení zahájení
snímání.
V případě pochybností, zda se shodují informace o poloze z elektronických čidel se skutečným
stavem, je možno kameru nastavit do výchozí pozice (Home Position), jejíž dosažení trvá 1-2 minuty.
Počítačové vybavení a datová komunikace
Data kamery jsou nejprve zpracována akviziční elektronikou (č.5 na Obr. 2) a na konci
snímání jsou odeslána akvizičnímu počítači (ICON A), který je umístěn v ovladovně. Odsud mohou
být odeslána do zpracovávacího počítače v popisovně (ICON P). Pro tento účel má ICON A dvě
síťové karty, jednu pro komunikaci směrem ke kameře, druhou pro komunikaci do nemocniční sítě.
ICON A i P jsou typu MacIntosh PowerPC G3 se systémem MAC OS 8.1 a komunikují protokolem
Appletalk. Tyto počítače jsou spojeny přes HUB s okolní sítí, v níž je jako síťová tiskárna s vlastní IP
adresou instalována barevná laserová tiskárna Tektronix Phaser 740. Přímá komunikace s techniky
firmy Siemens je umožněna modemem Motorola Codex 3266.
Databáze studií je hierarchicky řazena Pacient – Protokol – Studie, základní operace (mazání,
kopírovaní, přenos dat) je možno provádět na kterékoliv z těchto tří úrovní. Datovým formátem pro
studie je ACR NEMA 2, ale systém umí exportovat a importovat soubory i ve formátu Interfile 3.3.
Na obou počítačích je nainstalován software ICON 8.1, který je na akvizičním ICON A
zaměřen na tvorbu protokolů, snímání a jen základní prohlížení studií, na zpracovávacím počítači
ICON P je zaměřen na rekonstrukce, zobrazování a vyhodnocování dat. Tento software je napsán
v jazyku MPE (Macros and Programming Environment), který je strukturou podobný Pascalu, a je
možnost do zdrojových kódů vstoupit a upravit je. Na počítači ICON P je dále nainstalovaný
doplňkový program Emory Cardiac Toolbox, který byl vyvinut speciálně pro zpracování a porovnání
dvou kardiologických studií. Tento program je napsán v jazyce IDL 5.0.3 (Interactive Data Language)
a není možnost jej upravovat.
Kontrola kvality
Kontroly kvality se provádějí pomocí bodových zdrojů ve speciálních zkumavkách. Denně se
provádí kontrola polohy, případně nastavení polohy fotopíku a při významné odchylce se provede
3/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
jemné vyladění napětí na fotonásobičích a předzesilovačích. Tuto kontrolu provádí střední
zdravotnický personál každé ráno před začátkem práce a trvá se všemi přípravnými pracemi přibližně
10-15 minut. Měsíčně se provádí nastavení fotopíku, napětí na fotonásobičích, kontrola středu rotace
(se 3 nebo 5 bodovými zdroji) pro všechny sady kolimátorů a všechna uspořádání, ve kterém jsou
používány, korekce nekruhové dráhy a vnitřní homogenita. Tuto kontrolu provádí fyzik a vše
dohromady trvá 4-7 hodin. Je třeba si uvědomit, že záleží na pořadí prováděných korekcí a je
nejvýhodnější vše provést mezi dvěma pracovními dny. V případě, že dojde k poškození kolimátorů,
je nutno provést korekci na vnější homogenitu a následně i na vnitřní homogenitu. Korekční matice
pro korekci vnitřní homogenity kamery musí být snímána alespoň na 50 milionů pulzů jinak je nová
korekční matice jen informativní a není uložena. Jsou-li na kameře snímány tomografické studie i do
matice 128x128, je doporučeno snímat korekční matici pro vnitřní homogenitu na 200 milionů pulzů.
Posun fotopíku detektoru 2
3
2
2
1
1
posun fotopíku (%)
posun fotopíku (%)
Posun fotopíku detektoru 1
3
0
-1
-2
-2
-3
-3
-4
-4
-5
-5
-20
0
-1
0
2.8.1999
20
40
60
datum
80
100
120
140
-20
160
0
2.8.1999
7.3.2000
20
40
60
80
datum
100
120
140
160
7.3.2000
Obr 3.: Kontrola polohy fotopíku.
Posuny fotopíku při denní kontrole pro
detektor 1 (A) a detektor 2 (B) během
sedmi měsíců provozu, červeně jsou
vyznačeny limity. Vlevo nastavení
fotopíku pro detektor 1.
Obr. 4: Kontrola centra rotace. Vlevo výsledné hodnoty (výstup kalibračního protokolu) pro
kolimátory High Resolution v konfiguraci 180°. Vpravo uspořádání pro kontrolu centra rotace při téže
konfiguraci – je využito 5 bodových zdrojů ve speciálním držáku (fotografie převzata z manuálu
Siemens: Operating Instructions: E.CAM Emission System).
4/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Transmisní korekce absorpce a hradlování
Pro korekci absorpce záření v těle pacienta je na kameře E.CAM instalován volitelný modul
pro transmisi. 28 čárových zdrojů (153Gd) o různých aktivitách je umístěno ve dvou čtvrtkruhových
„křídlech“. Silnější zdroje jsou umístěny více u středu „křídel“, slabší jsou na okraji, čímž je
umožněno homogenní prozáření všech oblastí trupu pacienta. Každého půl roku jsou 2 a 2 nejslabší
zdroje z krajů odstraněny, všechny ostatní zdroje se posunou dále od středu a na místa nejsilnějších
zdrojů se vsunou zdroje nové. Po každé výměně zdrojů je třeba nasnímat prázdný referenční sken
(tento sken je snímán také při měsíční kontrole kamery). Transmisní korekce absorpce záření může být
používána jen v konfiguraci detektorů 90°. Snímání probíhá do čtyři energetických oken (pík
technecia, gadolinia a horní a dolní okolí obou) a neprodlouží se tak akviziční doba.
Dalším volitelným dodatkem je EKG monitor, který je používán pro hradlování
kardiologických studií. EKG monitor je zapojen do podstavce lůžka (datová komunikace i napájení
110V/60Hz), ale má i přepínač na 220V/50Hz a může být tedy napájeno i ze síťové zásuvky. Je
třísvodový. Během hradlování SPECT studií jsou snímány projekce pro jednotlivé fáze a také
součtový obraz všech fází.
Obr. 5: Ilustrace transmisní korekce absorpce u klidové perfúze SPECT myokardu. Pro zvýraznění
efektu korekce absorpce byla použita desetistupňová barevná škála.
5/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Snímání
Pro snímání lze předdefinovat protokoly, v nichž se nastaví parametry, jako popis orgánu,
počet projekcí, doba nebo pulzy na jednu projekci, typ matice, typ orbity (kruhová nebo nekruhová
dráha s nebo bez předchozího kontrolního skenu), způsob snímání atd. Podle filozofie databáze se
nejprve volí pacient, k němu protokol a všechny studie (i různých kalendářních dat snímání) jsou pak
uloženy ve složce tohoto protokolu. Před spuštěním akvizice (stisknutím Start) je třeba akvizici povolit
(Enable). V této fázi kamera testuje svojí polohu a konfiguraci a porovnává je s požadavky akvizice.
V případě neshody není akvizice povolena a je nahlášen důvod (např. zamáčknutí spojky pro ruční
posun, rozdíl poloměrů drah detektorů Fanbeam větší než 1 cm apod.), čímž se zabrání např.
předčasné aplikaci radiofarmaka před dynamickou studií. V případě shody je akvizice povolena a je
možno ji spouštět a pozastavovat buď z počítače (ICON A) nebo z LCD displeje u kamery (což je
výhodné např. u flebografií). Snímat lze najednou šest fotopíků (energetických oken) a to do šesti
analyzátorů, přičemž do každého analyzátoru lze snímat součet libovolné kombinace fotopíků.
Je-li snímání pozastaveno, je možno pokračovat, uložit nekompletní studii nebo studii zrušit.
Je-li snímání násilně přerušeno (výpadkem proudu nebo poruchou) a data nebyla ještě přenesena na
ICON A, není v silách a možnostech obsluhy na oddělení data z akvizičních disků nebo elektroniky
vyčíst. Z toho důvodu je instalována UPS.
Obr. 5: Akviziční parametry
pro hradlovanou studii srdce
s transmisní korekcí absorpce.
Zpracování nasnímaných dat
Vyhodnocování studií probíhá na ICON P v popisovně. Při zpracování se nejprve otevírá
protokol (do určité míry uživatelem upravený a předdefinovaný) a do něj se otevírá studie. Software
umí standardní zobrazovací možnosti, příjemná je možnost invertovat barevné tabulky. Rekonstrukce
dat je prováděna metodou filtrované zpětné projekce, programy pro zpracování studií s transmisní
korekcí absorpce provádějí rekonstrukce iterativně. Korekce dat (absorpce, centrum rotace,
homogenita apod.) jsou aplikovány až při zpracování, nikoliv automaticky po nasnímání. Dodaný
firemní software je používán pro všechna vyhodnocení, pouze kardiologické studie jsou po
rekonstrukci zobrazovány v programu Emory Cardiac Toolbox.
6/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Obr. 6: Scintigrafie skeletu je snímána s automatickým posunem lůžka 20 cm/min, detektory kopírují
povrch pacienta (bodycontouring). Nález byl hodnocen jako normální.
Obr. 7: Celotělový SPECT skeletu následuje po většině scintigrafií skeletu. Scintilační kamera E.CAM
umožňuje snímat až 5 pozic do jedné SPECT studie. Jednotlivé sady projekcí jsou samostatně
rekonstruovány a mohou být sesazeny k sobě. V této studii byly snímány 2 polohy, místem sesazení je
oblast ledvin. Nález byl hodnocen jako normální.
7/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Obr. 7: Ilustrativní srovnání perfúze
myokardu v klidu a při zátěži v programu
Emory Cardiac Toolbox. V zátěži je patrný
defekt na spodní stěně myokardu.
Závěr
Kamera E.CAM má příjemné a jednoduché ovládání, personál oddělení se zaškolil velice
rychle a to navíc v době, kdy byl instalována i PET, která jako nová metoda vyžadovala pro zvládnutí
mnohem větší úsilí. Obsluhu kamery navíc usnadňuje možnost předdefinovat jednotlivé protokoly
snímání a kontrol kvality, takže v rutinním provozu stačí myší mačkat tlačítka a nemusí se psát
příkazy z programového řádku. Na druhou stranu uživatel má možnost jakýkoliv protokol změnit.
Modul „Profile“ pro transmisní korekci absorpce je používán pro kardiologické studie, a
přestože v literatuře je o transmisní korekci absorpce vedeno mnoho polemik, lze ze zatím získaných
zkušeností předběžně konstatovat užitečnost tohoto doplňku. Všechny kardiologické studie jsou
snímány hradlovaně a s transmisní korekcí, čímž odpadá snímání dodatečné studie pacientů na břiše.
Z hlediska technického se ukazuje kamera E.CAM jako velice stabilní. Jemné doladění
elektroniky u fotonásobičů nebylo nikdy třeba dělat během denní kontroly a bývá prováděno jen
během měsíční kontroly. Akviziční i zpracovávací konzole byly připojeny do počítačové sítě na
oddělení a mohou odesílat data serveru pro archivaci.
Celkově je možno konstatovat, že kamera E.CAM splnila očekávání a je nyní plně využívána
k vyšetřením v rutinním provozu.
8/9
Zkušenosti s kamerou E.CAM na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Zajímavé internetové odkazy
[1] Atlas of Brain Perfusion SPECT:
http://brighamrad.harvard.edu/education/online/BrainSPECT/Contents.html (přístup 10.3.2000)
[2] Cardiolite: http://www.cardiolite.com/ (přístup 10.3.2000)
[3] Coyote's Guide to IDL Programming: http://www.dfanning.com/ (přístup 6.3.2000)
[4] Data Spectrum Corporation - ECT Phantoms Product Brochure 2000: http://www.spect.com/
(přístup 10.3.2000)
[5] E.CAMDual-Head Variable-Angle System: http://www.sms.siemens.com/nmg/ecamvariable.html
(přístup 10.3.2000)
[6] IDL Documentation in HTML Format: http://hires.gsfc.nasa.gov/~beck/pkgs/idl_5.1/idl.htm
(přístup 6.3.2000)
[7] Official Home Page of DICOM: http://www.nema.org/nema/medical/dicom/ (přístup 10.3.2000)
[8] Pulmonary Segmental Projection Charts:
http://ej.rsna.org/EJ_0_96/0041-97.fin/PulmProjection/index.html (přístup 10.3.2000)
[9] Siemens Medical Systems: http://sms.siemens.com/ (přístup 8.3.2000)
[10] Siemes Nuclear Medicine: E.CAM:
http://www.med.siemens.com/med/e/gg/nm/products/ecam.html (přístup 10.3.2000)
[11] Tektronix Color Printers: http://www.tektronix.xerox.com/ (přístup 8.3.2000)
Literatura
[1] Bailey DL. Transmission scanning in emission tomography, Eur J Nucl Med 1998, 25:774-787
[2] Hines H, Kayayan R, Colsher J, Hashimoto D, Schubert R, Fernando J, Simcic V, Vernon P,
Sinclair RL. National Electrical Manufacturers Association Recommendations for Implementing
SPECT Instrumentation Quality Control. J Nucl Med 2000,41:383-389
[3] Hušák V, Erban J, Kleinbauer K. Systém zabezpečení jakosti na pracovištích nukleární medicíny –
přístrojová technika. SÚJB 1999
[4] Hušák V, Kleinbauer K, Erban J, Mysliveček M. Přejímací a rutinní testování dvouhlavé
scintilační kamery SPECT. Čes Radiol 1996,50:277-282
[5] Kuikka JT, Yang J, Kiiliäinen H. Physical performance of the Siemens E.CAM gamma camera.
Nucl Med Commun 1998,19:457-462
[6] Miles J, Cullom SJ, Case JA. An introduction to attenuation correction. J Nucl Card 1999,6:449457
[7] Todd-Pokropek A, Cradduck TD, Deconinck F. A file format for the exchange of nuclear medicine
image data: a specification of Interfile version 3.3, Nucl Med Commun 1992, 13:673-699
[8] Wallis JW, Miller TR, Dai GM. Comparison of the Convergence Properties of the It-W and OSEM Algorithms in SPECT. IEEE Trans Nucl Sci 1998, 45:
9/9