Formación de Imágenes en SPECT

Universidad de Concepción Facultad de Medicina Tecnolo Te cnología gía Médica

Carol Acuña Gamboa y Maricela Proboste Medina Medicina Nuclear, Agosto 2017

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SPECT (single photon emission computerized comp comput utar ariz izda da por por emis emisió ión n de fotó fotón n únic único o o simp simple le..

tomography),

tomografía

Informaci Información ón funcional funcional y metabólic metabólica. a. Radio adioffárm ármaco aco: Radi Radion onúc úcllido ido (át (átomo omos rad radioac ioacti tivo vos) s) + Molé Moléccula trans ranspo porrtado tadorra (ligando). Gamma Gamma cámara cámara rota rota alrede alrededo dorr del pacien paciente te adquir adquirien iendo do proyec proyeccio ciones nes..

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Gamma cámara planar o una de tipo SPECT consta de:



Cabezal



Cristal de Centelleo



Computador

existen dos métodos de evidenciar la presencia de movimiento: 1.- Visualización de las proyecciones en modo cine. •

2.- Sinograma: Proviene de las proyecciones de los cortes axiales. Punto de partida para la reconstrucción tomográfica. Detecta el movimiento del paciente. • •

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64 S U M A T O R I A

64 64

1 De una matriz 64 x 64 tenemos una de 1 x 64

Sinograma

128 S U M A T O R I A

128 128 128

1

X 64 =

SPECT óseo. Se tiene un sinograma respresentado en una matriz de 128 x64: dado que se adquirieron 64 imágenes en una matriz de 128x128. Vemos cómo se obtiene el sinograma: Las  proyecciones que se muestras son las que generan las líneas marcadas dentro del sinograma en los ángulos correspondientes.

64

Simulación de movimiento en el estudio del ejemplo.  Antes de llegar a la mitad del estudio (M), el paciente se desplazó (flecha).

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Métodos para corregir la atenuación :

1.- Método de coeficiente de atenuación único (método de Chang). 2.-Método de coeficiente de atenuación variable •

La elección del método a utilizar depende de dos factores:

1.- Tecnología del sistema de SPECT. 2.- Distribución del radiotrazador.

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

Este método utilizada la formula exponencial de atenuación para la corrección, asume que todos los tejidos tienen el mismo coeficiente, se utiliza el del agua. Se puede utilizar en regiones donde los compuestos son mayoritariamente agua como abdomen y pelvis.

= 0 ∗   



−

Donde  es la intensidad a una cierta distancia de la periferia 0 es la intensidad en la periferia (distancia fuente-superficie corporal) u es la constante de atenuación de un tejido para un radionúclido determinado

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

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

Se usa para corregir regiones con distintos tejidos atenuadores como el tórax en donde tenemos aire y hueso. Para este se utilizan imágenes de transmisión para identificar estos coeficientes con un SPECT de doble o triple cabezal y fuentes radioactivas para transmisión. Imagen de emisión adquirida del paciente . Imágenes de transmisión e imagen emisión. Sufre retroproyección.

Corte transversal de cerebro, se evidencia la influencia de la corrección por atenuación a) Sin corrección b) con corrección de la atenuación La atenuación de la imagen permite visualizar mejor los ganglios basales (flecha)



Gracias los algoritmos de reconstrucción tendremos imágenes tridimensionales de las cuales podremos obtener cortes tomográficos a cualquier nivel. Técnica de retroproyección

Técnica iterativa

Reconstrucción 3D



Es la composición de imágenes planares tomadas en cada parada alrededor del cuerpo del paciente obteniendo cortes transversales respecto al eje Y

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 

Habrá reconstrucción de tantas imágenes como filas haya, en una nueva matriz. Cada imagen será un corte transversal. Aplicación de filtro

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

A mayor cantidad de proyecciones, mayor serán las líneas de proyección generadas durante la retro proyección. Reconstrucción de fuente puntual única y doble.

(PA)

(PV)

Retroproyección filtrada

Re-proyección

(CTy)

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





Estas imágenes se generan a partir de imágenes 2D. Una vez que se tienen los cortes transversales axiales se procede a generar a partir de este los corones y sagitales Se requiere de una matriz 3D. Para formar estos diferentes planos debemos seleccionar diferentes vóxeles dependiendo del eje Y.

Corte transversal: necesitamos plano X y Z 

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Corte sagital: necesitamos el plano Z e Y 

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Corte coronal: necesitamos el X e Y 

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¿Por qué usar filtros?

 Efectos de diferentes filtros en la apariencia de imágenes de SPECT de hígado y bazo. a) Ruido excesivo; b) Excesivo suavizado.

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Reducir el ruido de la imagen Aspecto no homogéneo de la imagen: Variaciones en el número de fotones por pixel.

Filtro de promedio no ponderado

Algoritmo de promedio ponderado del pixel

Filtro de suavizado mediano

Filtro resalto de bordes

Ruido

Filtro 9 puntos

Kernel de Convolución

1/9 de fotón en cada pixel

Reemplazo de cuentas

Similitud entre pixeles

Imagen borrosa y homogénea

Ruido

Filtro 9 puntos

Kernel de Convolución ponderado

Factor de ponderación a cada pixel

Cuentas del pixel

Cuentas * Coeficiente de ponderación

Promedio ponderado

Pixel central

Imagen menos borrosa y con mejor resolución espacial

Ruido

Filtro 9 puntos

Kernel de Convolución

Valor mediano de los píxeles

Pixel central

Eliminación de extremos

Imagen homogénea con menos detalle

Ruido

Filtro 9 puntos

Kernel de Convolución

Contraste entre pixeles

Coeficientes distintos

Pixel central positivo, otros negativos.

Imagen con bordes y detalles acentuados

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 

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Transformar la imagen del dominio del espacio al dominio de las frecuencias. Atenuar selectivamente la amplitud de las frecuencias no deseadas. Transformar la imagen modificada en el dominio de la frecuencia al dominio del espacio de nuevo.   ¿Cómo transformar una imagen visual con sus puntos, líneas y planos, con colores y matices al mundo de las frecuencias y las amplitudes?

Alta frecuencia • •

Detalles finos Bordes nítidos

Baja frecuencia •

Baja resolución

3 Ondas con distinta frecuencia. a) Frecuencia de 2 Px (1Ny): Representa la máxima frecuencia donde dos puntos se pueden identificar como diferentes. b) Frecuencia menor (0,5 Ny)

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Baja frecuencia. 

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Mejor apariencia y más homogénea con detalles borrosos.

Factor modificable (0-1).

Filtro Butterworth y Hannin SPECT Cerebral. a) Sin filtro compensatorio, b) Filtro de suavizado.

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Destacar los bordes -> Expresión de los componentes de alta frecuencia. Filtro Rampa

Representado según la función matemática de una recta con origen 0 en la frecuencia 0Ny y ascendente con una pendiente determinada hacia las altas  frecuencias.

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

Retiene componentes de una de frecuencias determinadas, mientras elimina aquellos por encima o debajo de esta. Frecuencias medias.  disminuyen los dos componentes del ruido: el ruido de adquisición y de reconstrucción.

Filtro Gaussiano

Modificación de una “imagen cruda” (izquierda) con la aplicación de filtros en el espacio de las frecuencias. (a) Filtro Pasa Altas frecuencias (Rampa) (b) Filtro Pasa Banda (Gaussiano) (c) Filtro Pasa Bajos (Butterworth)

 

Aumentan un cierto rango de frecuencias. Factores multiplicadores mayores de 1. 

La frecuencia se sobre-expresa, diferencia clave con los filtros suavizantes Filtros Metz y Wienner Imágenes de Columna vertebral. En la primera, no hay utilización de filtro. La segunda imagen,  presenta un filtro restaurador Wiener.

Efecto de la utilización de diferentes filtros en estudio

Diferencias en la imagen al aplicar 2 filtros distintos: Filtro Rampa o pasa-alto y Filtro Butterworth o pasabajo

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

Comparado a las imágenes planares el SPECT es una imagen transversal reconstruida, donde la distribución de actividad en el órgano se aprecia en forma separada y no hay superposición de estructuras. La observación de imágenes tridimensionales puede ayudar a ilustrar la relación existente entre diferentes estructuras y realmente mejorar la interpretación del estudio. Finalmente, si se corrigen varias fuentes de error, las imágenes de SPECT pueden representar la distribución de actividad en el cuerpo en cantidad de actividad por unidad de volumen.