Processament d'estudis d'SPECT cerebral: reconstrucció, quantificació i estandarització.

Abstract

La tomografia per emissió de fotó únic (<i>SPECT</i>) és una tècnica de diagnòstic per la imatge que avalua la funcionalitat d'un òrgan, amb l'ajut d'un traçador intravenós. Les imatges obtingudes estan afectades per diverses degradacions físiques, destacant l'atenuació i dispersió de fotons i la resposta del sistema detector, format per la gamma càmera i el col·limador. Aquestes degradacions poden corregir-se mitjançant la utilització d'algoritmes iteratius de reconstrucció, incorporant un model que reprodueix l'efecte.<br/>El principal objectiu de la tesi és l'avaluació i quantificació d'estudis de <i>SPECT</i> cerebral. Per assolir-lo, s'han plantejat els següents objectius específics: 1) modelització de la resposta d'un col·limador convergent <i>fan-beam</i>; 2) implementació d'un algoritme iteratiu, basat en subconjunts ordenats de projeccions, per a la reconstrucció d'estudis de <i>SPECT</i> cerebral adquirits amb col·limadors <i>fan-beam</i>; 3) valoració de l'efecte de corregir la resposta d'un col·limador <i>fan-beam</i> en la quantificació de la captació específica d'estudis de neurotransmissió i 4) valoració de l'efecte de corregir la resposta d'un col·limador <i>fan-beam</i> en la quantificació i valoració estadística d'estudis de perfusió.<br/>Les principals conclusions del treball realitzat són les següents:<br/>1) s'ha posat a punt un mètode per a determinar experimentalment la distància focal dels col·limadors <i>fan-beam</i> i avaluar la convergència dels seus forats a la línia focal. Els valors obtinguts de la focal difereixen dels nominals en un 1.5%. Els forats convergeixen a una zona focal amb desviacions estàndard "SIGMA sub x"=2.5mm "SIGMA sub zeta"=2.5mm. Els resultats permeten concloure que la qualitat dels col·limadors està dins els marges d'acceptació requerits per a la rutina clínica.<br/>2) s'ha caracteritzat la resposta puntual d'un col·limador <i>fan-beam</i> en funció dels paràmetres intrínsecs i les coordenades de la font, a partir de mesures experimentals. S'han obtingut funcions analítiques que permeten calcular la resolució i l'eficiència del col·limador, donats els seus paràmetres intrínsecs i les coordenades de la font. Els alts valors del coeficient de correlació entre els valors predits pel model i els experimentals -0.994 resolución i 0.991 eficiència- indiquen que les funcions reprodueixen correctament la resposta. <br/>3) s'ha desenvolupat un algoritme de simulació numèrica que permet determinar la resposta puntual geomètrica d'un col·limador a partir dels seus paràmetres i la distribució dels seus forats. Aquest algoritme permet avaluar el disseny d'un col·limador o aspectes concrets com la dependència angular de l'eficiència amb la distribució dels forats. Quan la distància entre els forats és constant, aquesta varia com cos(zeta), quan augmenta segons 1/cos(zeta), varia com cos-super2(zeta).<br/>4) s'ha implementat un algoritme de reconstrucció iteratiu que inclou la correcció de la reposta dels col·limadors <i>fan-beam</i>. La matriu de pesos de l'algoritme inclou les funcions analítiques obtingudes per l'eficiència i la resolució.<br/>5) s'ha validat la simulació de projeccions realistes de <i>SPECT</i> cerebral amb el codi <i>simSET</i>. <br/>6) s'ha avaluat la importància de la correcció de les diferents degradacions en la reconstrucció d'estudis simulats de neurotransmissió dopaminèrgica, a partir del model d'Alderson i <i>simSET</i>. La comparació dels valors de captació recuperats respecte els teòrics indiquen que la correcció per atenuació, dispersió i resposta col·limador milloren el càlcul en un 30% en el putamen i un 43% en el caudat. <br/>7) s'ha avaluat la importància de la correcció de les diferents degradacions en la reconstrucció d'estudis simulats de perfusió, a partir del model de Zubal i <i>simSET</i>. La correcció de les degradacions millora la determinació del factor d'activació en un 12, 10 i 3% per focus de volum 1.0, 2.1 i 3.7 cm3 respectivament. També s'ha validat el <i>Statistical Parametric Mapping</i> en la valoració d'estudis de perfusió, estudiant la sensibilitat de detecció de petits canvis en un disseny típic de comparació de grups. La correcció de les degradacions permet disminuir el nombre de subjectes en cada grup per obtenir significació estadística.