Universidad Complutense de Madrid

Presentación del tema: "Universidad Complutense de Madrid"— Transcripción de la presentación:

1 Universidad Complutense de Madrid
Caracterización y optimización de parámetros de adquisición en CT de mama Autores: Amaia Villa, José Manuel Udías, Joaquín López Herraiz. Grupo de Física Nuclear, Dpto. de Física Atómica, Molecular y Nuclear, Universidad Complutense de Madrid, CEI Moncloa, Madrid, Spain 28/11/2016

2 Motivación Mamografía: CT de mama: Detección precoz de cáncer.
Limitaciones: imagen 2D. Incómodo. CT de mama: Mejor imagen (3D), ¿menor dosis? pagína web “el universal” 28/11/2016 barnesjewishblog.org pagína web “auntminie”

3 Escáneres CT Escáneres CT convencionales en clínica: dosis donde no hace falta, peor resolución, peor imagen Mejorar imagen y limitar dosis: CT dedicado para mama -> Escáneres tipo Cone Beam (CBCT) Eje de rotación Detector Objeto Tubo de rayos-X página web “elektronika.kvalitne” 28/11/2016

4 Objetivos del trabajo Herramienta de cálculo de dosis para adquisiciones con el equipo experimental dedicado a mama: Simulación de referencia (MC penEasy) calibrada para el equipo experimental. Simulación ultra-rápida (Hybrid Ultra-MC). Herramientas de reconstrucción de imagen Proyector analítico CBCT. Reconstrucción imagen analítica e iterativa Ruido – Tambien depende de flat panel, metodo reconstruccion.. Contraste – Tipo de mama, metodo reconstruccion, … 28/11/2016

5 Métodos 1 ) Simulador MC completo PenEasy
( Transporte de la radiación en la materia para fotones, electrones y positrones. Requiere de un espacio de fases (PHSP) para muestrear las trayectorias y energías de los fotones iniciales. 10 cm 7 cm 20 cm 28/11/2016

6 Proyección en el detector
Métodos 2 ) Hybrid Ultra-MC Vidal, M., Ibáñez García, P., Cal González, J., Guerra Gutiérrez, P., & Udías Moinelo, J. M. (2014). Hybrid Monte Carlo dose algorithm for low energy X-rays intraoperative radiation therapy. Radiotherapy and Oncology, 111(S1) Simulador MC desarrollado en el grupo que usa métodos de reducción de varianza para acelerar la simulación. 9 cm 18 cm Proyección en el detector 10 cm 2 cm Mapa de dosis 28/11/2016

7 Métodos 3) Proyector CBCT analítico 28/11/2016
Cancer network, home of the journal ONCOLOGY Base de datos de NIST 28/11/2016 7

8 Resultados 28/11/2016

9 Ruido vs. dosis Ruido:  Cociente entre la desviacion estandar y la media de la dosis en una region uniforme. 28/11/2016

10 Simulaciones MC con Hybrid-Ultra-MC
Dosis (u.a.) Profundidad (cm) Profundidad (cm) Dosis depositada en profundidad (50KVp) Comparativa Hybrid-Ultra-MC frente a PenEasy (500x) Escala logarítmica Hybrid Ultra-MC PenEasy Vidal, M., Ibáñez García, P., Cal González, J., Guerra Gutiérrez, P., & Udías Moinelo, J. M. (2014). Hybrid Monte Carlo dose algorithm for low energy X-rays intraoperative radiation therapy. Radiotherapy and Oncology, 111(S1) 28/11/2016

11 Influencia del método de reconstrucción en el contraste
50 KeV 45 KeV 40 KeV 35 KeV 30 KeV Phantom 1,16 1,10 1,12 1,14 1,7 1,67 1,64 1,68 1,71 FDK (DSD = 100 cm) 1,11 1,09 1,20 1,17 1,21 Max. atenuación en calcificaciones Max. atenuación en tejido fibroglandular 35 KeV FDK DSD = 100 cm 28/11/2016

12 Reconstrucción iterativa
1 15 iteraciones DSD = 50 cm y 100 cm 1 iter 7 iter 15 iter MLEM (35 KeV) 1,2 1,44 1,52 Referencia (phantom 35 KeV) 1,68 28/11/2016

13 Atenuación del haz de rayos X en las proyecciones
Energía (KeV) 50 KeV 45 KeV 40 KeV 35 KeV 30 KeV Rango dinámico (dB) 85,49 90,14 94,78 108,94 123,09 28/11/2016

14 Conclusiones Se han puesto a punto las herramientas necesarias para la simulación de equipos CBCT, que permiten estimar dosis y proyecciones. Establecida la referencia (PenEasy) se ha determinado la relación entre la dosis y el número de historias simuladas. Comprobado que la herramienta acelerada (500x)(Hybrid- Ultra-MC) tiene una precisión suficiente para estimación de dosis comparándola con la referencia. Con esta herramienta se puede determinar la dosis debida al escáner CT en menos de 1 minuto. 28/11/2016

15 EXTRAS 28/11/2016

16 Calidad de imagen y Dosis
Parámetros de calidad de imagen: - Ruido (I0 y tiempo adquisición) - Contraste y % Transmisión (Energía del haz) Dosis: < 10 mGy Ruido – Tambien depende de flat panel, metodo reconstruccion.. Contraste – Tipo de mama, metodo reconstruccion, … 28/11/2016

17 Fundamentos físicos de la Tomografía Computerizada (CT): Imagen 3D a partir de proyecciones
-Producción de los rayos-X -Interacción con la materia -Atenuación Atenuación Christi Carter et al. 28/11/2016

18 Simulación del setup experimental (tubo y detector)
Con el tubo de OpmPSX10 a 130 KVp y 0,06 mA se deposita una dosis de 3 mGy a 30 cm. PenEasy da la dosis en eV/g/historia conociendo la dosis (Gy=eV/g), se estima el número de historias para simular esa situación. 0,06 mA·s = 4,866E+12 historias/s ≈ 5E+12 historias/s o 1 mA·s ≈ 8,3E+13 historias/s La simulación MC permite determinar la dosis para un número de historias de la fuente. Definiendo el número de historias para la configuración de la fuente, se puede estimar la dosis. 28/11/2016

19 Reconstrucción de imagen analítica e iterativa
Método analítico FDK Hipotésis para tener resultado analítico. Método iterativo MLEM Considera el ruido estadístico y modelo del sistema Se puede acelerar el tiempo de reconstrucción (GPU) 1 iter 3 iter 5 iter 28/11/2016