Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská

Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Zkušenosti s PET kamerou
ECAT EXACT model 922
na oddělení nukleární medicíny – PET centru
Nemocnice Na Homolce
(technická zpráva)
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
27.6.2000
Oddělení nukleání medicíny – PET centrum
Nemocnice Na Homolce
Roentgenova 2
150 30 Praha 5
tel.: 02 – 5727 2165
fax: 02 – 5727 2163
1/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Úvod
V srpnu 1999 byl jako první v ČR instalován na oddělení nukleární medicíny – PET centru
v Nemocnici Na Homolce pozitronový emisní tomograf firmy Siemens / CTI PET Systems
(Knoxville, Tenn., USA) typ ECAT EXACT, model 922. Instalována byla verze bez EKG monitoru
pro hradlování kardiologických studií.
Obr. 1: PET skener ECAT EXACT model 922 na Oddělení nukleární medicíny – PET centru
Nemocnice Na Homolce. Vlevo pohled „očima pacienta“, vpravo pohled „do nitra kamery“ – prstenec
detektorů a elektronika.
Umístění kamery
Kamera byla instalována v místnosti o rozměrech 4,7 m x 6,0 m dle Obr. 2. Za zmínku stojí,
že ani vodní čerpadlo, ani ACS nemusí být nutně instalovány ve vyšetřovně. Poměrně velký prostor
mezi lůžkem kamery a vchodem je připraven k manipulaci s převozním lehátkem pacientů.
Obr. 2: Schéma umístění PET skeneru ECAT
EXACT na oddělení nukleární medicíny – PET
centru Nemocnice Na Homolce
6
4
10
Legenda:
3
7
1 gantry kamery
2 lůžko
3 nutný prostor pro pohyb lůžka za gantry
4 vodní čerpadlo pro chlazení
5 ACS (Advanced Computational System)
6 klimatizace
7 UPS
8 nástěnná a pultová skříňka
9 aplikační vozík
10 umyvadlo
11 vchod z ovladovny
12 vchod z aplikační místnosti
13 okno 60 x35 cm
8
1
9
2
11 12
5
13
2/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Ovládání PET skeneru
Jedinou pohyblivou částí, kterou nastavuje personál, je lůžko pacienta. Pohyb sept a
transmisních zdrojů je během snímacích protokolů automatický. Vše může být ovládáno z panýlku na
gantry, nebo v případě náročnějších kontrolních nebo servisních akcí i z příkazového řádku akviziční
konzole.
Klíčovým okamžikem je nastavení základní pozice PET skeneru po zapnutí celého systému.
PET skener si totiž svoji polohu a konfiguraci uvědomí až po dosažení výchozí polohy, kterou je ale
třeba nastavit manuálně, a to minimální horizontální a maximální vertikální polohu lůžka, polohu sept
a transmisních zdrojů. Např. neznalost polohy lůžka nedovolí začít snímat druhou pozici postele při
whole body skenu. Při transmisním snímání je
poloha lůžka významná informace pro výpočet
rozložení absorpčních koeficientů v zorném poli
skeneru a neznalost vertikální polohy lůžka vede
k použití maximální polohy. Provedená
simulace na Obr. 3 ukazuje rozložení
absorpčních koeficientů napočítaných při
maximální výšce lůžka – situace vypadá jako by
válcový zdroj (v reálu umístěný na lůžku) visel
pod lůžkem, navíc částí v lůžku. Je třeba dodat,
že na všechny tyto situace je obsluha průběžně
upozorňována a takovýto artefakt je třeba si
vynutit.
Obr. 3: Vypočtené rozložení absorpčních koeficientů při neznámé poloze lůžka.
Radiační ochrana
Vzhledem k vysoké energii anihilačního záření (511 keV) je třeba věnovat zvýšenou
pozornost radiační ochraně personálu. Proto jsou stěny vyšetřovny omítnuty 2 x 5 cm vrstvou barytové
omítky, ve dveřích je olověný plech. Bylo by z hlediska radiační zátěže neúnosné, aby personál seděl
ve vyšetřovně společně s pacientem. Operátor tedy sedí u akviziční konzole v ovladovně a pacienta
sleduje okénkem s olovnatým sklem (u akviziční konzole je měřičem dávkového příkonu FH40G
měřeno pouze pozadí). Pro okamžité zastavení kamery je u akviziční konzole umístěno bezpečnostní
tlačítko. Ve snaze minimalizovat styk s naaplikovaným pacientem byl na naše přání programátory
v Erlangenu vytvořen program pro posun lůžka, který po odladění na naší konzoli umožňuje
jednoduše posouvat lůžkem o zvolený počet milimetrů dovnitř nebo ven.
Obr. 4: Vlevo screenshot programu pro posun postele, vpravo pohled operátora na konzoli a pacienta.
3/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Počítačové vybavení a datová komunikace
Registrované impulzy jsou nejprve zpracovány přímo v elektronice skeneru a poté jsou data
odeslána do ACS (Advanced Computational System). ACS na 18 GB disku uchovává sinogramy a
odesílá je pro rekonstrukci do akviziční konzole. Rekonstruovaná data (řezy, soubory s absorpčními
koeficienty a projekce) jsou uloženy na disku akviziční konzole. Zpracování probíhá na
vyhodnocovací konzoli – data jsou dočasně načtena do paměti, ale fyzicky zůstávají na akviziční
konzoli. Vyhodnocovací konzole může spouštět i rekonstrukce, ale ne akvizice a nemůže pracovat
samostatně bez akviziční konzole. Obě konzole jsou SUN Ultra 60 se systémem Solaris 2.6 a liší se
pouze velikostí disků (18GB akviziční, 4GB zpracovávací). Software pro zpracování je ECAT
Software verze 7.1.1. (napsán v IDL – Interactive Data Language). Oba počítače jsou připojeny do
počítačové sítě oddělení, v níž jsou také laserové tiskárny – barevná Tektronix Phaser 740 a černobílá
Lexmark Optra S 1625.
Získaná data mají poměrně velký objem, na pacienta přibližně 50-70 MB (včetně souborů
s absorpčními koeficienty). Pro archivaci dat mohou být využívány magnetická páska a optický disk
(obě mechaniky jsou umístěny v ACS). V našem případě bylo zvoleno řešení jednotné archivace dat
ze všech kamer na zapisovatelná CD na počítači Hermes, kam jsou z ECATu exportovány rutinně jen
rekonstruované řezy.
Kontrola kvality
Kontrola kvality sestává z nastavování a vylaďování elektroniky. Každé 2-3 měsíce (v
případě, že došlo k mimořádným událostem častěji) je třeba provést tzv. normalizaci. Celá procedura
trvá asi 16 hodin, ale lze ji dělat nadvakrát – pro 2D a 3D mód (za předpokladu, že se v době mezi
normalizacemi bude snímat jen v již normalizovaném módu). Při normalizaci je provedeno vyladění
elektroniky (tak, aby detektory detekovaly stejnoměrně v rozmezí ±10 % od průměru), nasnímání
prázdného transmisního skenu, který je referenční pro denní testy, a transmisní skeny a výpočet
korekčních konstant. Normalizace odpovídá vlastně korekci homogenity u SPECT kamery.
Obr. 5: Nastavování elektroniky pro jednotlivé bloky detektorů. Zelená barva reprezentuje hlášku S0,
což znamená, že nastavení proběhlo úspěšně.
Každý den je mezi 3. a 4. hodinou ranní automaticky snímán prázdný sken, který je porovnán
s referenčním prázdným skenem. Samozřejmě, byl-li referenční sken snímán při špatně normalizované
kameře, nemůže denní test odhalit problémové bloky detektorů.
4/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Normalizace jsou prováděny s válcovými zdroji nebo čárovými zdroji stejnými, jako jsou
transmisní zdroje v gantry. Jsou to zdroje 68Ge/Ga (68Ge se elektronovým záchytem rozpadá
s poločasem 275 dní na 68Ga, které je pozitronový zářič s poločasem rozpadu 1,14 hodiny) a obnovují
se jednou ročně.
Snímání a zpracování dat
Snímací protokoly se sestavují z bloků jednotlivých akcí – protokol vypadá podobně jako
vývojový diagram, kde je vyznačena časová souslednost a toky dat a parametry jednotlivých akcí.
Příkladem je protokol pro snímání mozku ve 3D módu na Obr. 6.
Obr. 6: Snímací protokol pro vyšetření mozku.
Během snímání se uběhlý a zbývající čas, pulzy, pozadí a stav skeneru zobrazují v pravé části
okna. Protože u PET skeneru není žádná obdoba osciloskopu na přesné nastavení polohy pacienta (z
podstaty konstrukce je třeba každou studii rekonstruovat), je rozumné při snímání myokardu a mozku
provést nejprve 2 minutový orientační sken a poté posunout lůžkem s pacientem v potřebném směru.
Zobrazování dat probíhá ve standardních prohlížečích. Kromě prohlížení si řezů navzájem na
sebe kolmých je možnost projekce celého těla podél paprsku a jeho roztočení, čímž se získá pseudo
prostorové zobrazení rozložení radiofarmaka v těle pacienta. Tento soubor projekcí je automaticky
počítán při každém celotělovém skenu a uložen v samostatném souboru.
Z rekonstrukčních metod software nabízí kromě filtrované zpětné projekce i iterativní
rekonstrukci. Navíc lze provést rekonstrukci jen emisních dat bez transmisní korekce. Příklad je na
Obr. 7.
5/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Obr. 7: Ukázka různých rekonstrukčních metod. Nahoře: filtrovaná zpětná projekce bez korekce
absorpce (zvýrazněná kontura těla, přítomnost hvězdicového artefaktu), vpravo: filtrovaná zpětná
projekce s transmisní korekcí (stále přítomnost hvězdicového artefaktu), dole: iterativní rekonstrukce
metodou OS-EM
Závěr
ECAT EXACT je první instalovanou PET kamerou v České Republice. Snadné ovládání
kamery umožnilo po krátkém zaškolení vyšetřovat už od prvních dnů 4-5 pacientů denně z jedné
dodávky 18FDG. Vysoká spolehlivost kamery během 10 měsíců nevedla ani v jednom případě
k nedokončení vyšetření. V průběhu celé doby užívání je standardem vysoká kvalita zobrazení.
6/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Zajímavé internetové odkazy
Oddělení nukleární medicíny – PET centrum, Nemocnice Na Homolce: http://www.homolka.cz/nm
(přístup 27.6.2000)
Coyote's Guide to IDL Programming: http://www.dfanning.com/ (přístup 20.6.2000)
CTI: http://www.cti-pet.com/ (přístup 20.6.2000)
CTI Research (pdf soubory o novinkách od CTI a databáze článků o PET): http://www.ctipet.com/www/research.nsf (přístup 20.6.2000)
Data Spectrum Corporation - ECT Phantoms Product Brochure 2000: http://www.spect.com/ (přístup
20.6.2000)
IDL Documentation in HTML Format: http://hires.gsfc.nasa.gov/~beck/pkgs/idl_5.1/idl.htm (přístup
20.6.2000)
ISOTRAK (kalibrační zdroje, měřáky): http://www.aeat-qsa.com/html/index_isotrak.html (přístup
20.6.2000)
Lexmark tiskárny: http://www.lexmark.com/ (přístup 23.6.2000)
Oxford Positron Systems: http://www.oxpos.co.uk/ (přístup 20.6.2000)
Siemens Medical Systems: http://sms.siemens.com/ (přístup 20.6.2000)
Tektronix Color Printers: http://www.tektronix.xerox.com/ (přístup 20.6.2000)
Literatura
Bailey DL. Transmission scanning in emission tomography, Eur J Nucl Med 1998, 25:774-787
Bailey DL, Young H, Bloomfield PM, Meikle SR, Glass D, Myers MJ, Spinks TJ, Watson CC, Luk P,
Peters AM, Jones T. ECAT ART – a continously rotating PET camera: performance characteristics,
initial clinical studies and installation considerations in a nuclear medicine department, Eur J Nucl
Med 1997, 24:6-15
Buchert R, Bohuslavizki KH, Mester J, Clausen M. Quality Assurance in PET: Evaluation of the
Clinical Relevance of Detector Defects, J Nucl Med 1999, 40:1657-1665
Kunze WD, Baehre M, Richter E. PET with a Dual-Head Coincidence Camera: Spatial Resolution,
Scatter Fraction, and Sensitivity, J Nucl Med 2000, 41:1067-1074
Laymon CM, Turkington TG, Gilland DR, Coleman RE. Transmission Scanning System for a γ
Camera Coincidence Scanner, J Nucl Med 2000, 41:692-699
Melcher CL. Scintillation Crystals for PET, J Nucl Med 2000, 41:1051-1055
Spinks T, Jones T, Heather J, Gilardi M. Quality control procedures in positron tomography, Eur J
Nucl Med 1989, 15:736-740
7/8
Zkušenosti s PET kamerou ECAT EXACT na ONM – PET centru
Daniel Janeba, Otakar Bělohlávek, Kateřina Táborská
Wienhard K, Eriksson L, Grootoonk S, Casey M, Pietrzyk U, Heiss WD. Performance Evaluation of
the Positron Scanner ECAT EXACT, J Comp Ass Tomo 1992, 16:804-813
Performance Measurements of Positron Emission Tomographs – NEMA Standards Publication NU 22000, Update Draft 6, Oct 1, 1999
Procedure Guideline For Tumor Imaging Using F-18 FDG, Society of Nuclear Medicine 1997
Publikace pracovníků ONM – PET centra jsou uvedeny
http://www.homolka.cz/nm v sekci Pro odborníky – publikace.
8/8
na
internetu
na
adrese