Armonización PET/CT digital utilizando el método de camillas según el estándar 2 de 18F-FDG de la Asociación Europea de Medicina Nuclear

Abstract

La armonización es un proceso crucial en el contexto de la imagen molecular, dada la variabilidad del valor de captación inherente a las diferentes tecnologías de equipos y métodos de reconstrucción. El estándar 2 de EARL-EANM para 18F-FDG, actualizado en 2020, busca establecer límites de rendimiento que aseguren la comparabilidad de las mediciones cuantitativas entre los equipos de última generación. El presente proyecto se enfoca en la armonización del equipo digital PET/CT Biograph Vision 450, ubicado en el Laboratorio Ciclotrón PET/CT del Centro de Ciencias Atómicas, Nucleares y Moleculares de la Universidad de Costa Rica, a partir del uso de camillas para la toma de imágenes. La metodología implementada requirió la adquisición de 40 series de imágenes de un maniquí NEMA-IEC (con esferas de 10 a 37 mm de diámetro). Se variaron sistemáticamente los parámetros de reconstrucción, incluyendo el número de iteraciones (5, 10, 20, 30), el tiempo de adquisición por camilla (1 a 6 minutos), y el ancho del filtro gaussiano (4.0 mm y 4.5 mm). El análisis se centró en dos fases principales, la primera sobre la Evaluación de Modos de Reconstrucción, en la que se determinó el cumplimiento del estándar 2 midiendo los coeficientes de recuperación (RC) máximo y promedio para cada esfera. La segunda, sobre la Evaluación de Calidad de Imagen, en la que se analizaron métricas de calidad de imagen críticas, como la variabilidad de fondo, la rugosidad de imagen y la razón contraste-ruido, para conocer el impacto visual y técnico de la variación paramétrica. Los resultados demostraron que, si bien la tendencia de las curvas de RC coincidía con la forma esperada por el estándar, ninguno de los modos de reconstrucción evaluados con los anchos de filtro de 4.0 mm y 4.5 mm cumplió totalmente con los límites del estándar 2. Se observó que el aumento en el ancho del filtro gaussiano resultó en una disminución general de los coeficientes de recuperación, alejándolos del límite inferior. Los modos más cercanos al cumplimiento fueron aquellos con un tiempo de adquisición corto (1 minuto por camilla) y filtro gaussiano de 4.0 mm. Respecto a las métricas de calidad de imagen, se encontró que la rugosidad de imagen (ruido vóxel a vóxel) fue creciente con el número de iteraciones y que varias series excedieron el límite aceptable de EARL del 15%. El análisis de intercambio contraste-ruido para la esfera de 10 mm (crucial para asegurar la detectabilidad de lesiones pequeñas) identificó que un modo de 5 iteraciones y 4 minutos por camilla ofrecía la mejor calidad de imagen, a pesar de no cumplir completamente el estándar 2. Se concluye que un filtro gaussiano más estrecho, entre 2.0 mm y 3.0 mm es necesario para alcanzar el pleno cumplimiento del estándar, mientras se mantiene una calidad de imagen óptima para entornos clínicos.Harmonization is a crucial process in the context of molecular imaging due to the inherent variability in uptake values from different equipment technologies and reconstruction methods. The updated EARL-EANM standard 2 for 18F-FDG, released in 2020, aims to establish performance limits that ensure the comparability of quantitative measurements across next-generation equipment. This project focuses on harmonizing the Biograph Vision 450 digital PET/CT scanner, located at the Cyclotron PET/CT Laboratory of the University of Costa Rica's Center for Atomic, Nuclear and Molecular Sciences, using bed-based imaging. The implemented methodology required the acquisition of 40 image series from a NEMA-IEC phantom (with spheres from 10 to 37 mm in diameter). The reconstruction parameters were systematically varied, including the number of iterations (5, 10, 20, 30), the acquisition time per bed (1 to 6 minutes), and the width of the Gaussian filter (4.0 mm and 4.5 mm). The analysis focused on two main phases. The first, on Reconstruction Mode Evaluation, determined compliance with standard 2 by measuring the maximum and average recovery coefficients (RC) for each sphere. The second, on Image Quality Evaluation, analyzed critical image quality metrics such as background variability, image roughness, and contrast-to noise ratio to understand the visual and technical impact of the parameter variations. The results showed that while the trend of the RC curves matched the shape expected by the standard, none of the reconstruction modes evaluated with the 4.0 mm and 4.5 mm filter widths fully met the standard 2 limits. It was observed that increasing the Gaussian filter width resulted in a general decrease of the recovery coefficients, moving them further from the lower limit. The modes closest to compliance were those with a short acquisition time (1 minute per bed) and a 4.0 mm Gaussian filter. Regarding image quality metrics, it was found that image roughness (voxel-to-voxel noise) increased with the number of iterations and that several series exceeded the acceptable EARL limit of 15%. A contrast versus image roughness analysis for the 10 mm sphere (crucial for ensuring the detectability of small lesions) identified that a mode with 5 iterations and 4 minutes per bed offered the best image quality, despite not fully meeting standard 2. It is concluded that a narrower Gaussian filter, between 2.0 mm and 3.0 mm, is necessary to achieve full standard compliance while maintaining optimal image quality for clinical environments.