Validation technique and improvements introduced in a new dedicated brain positron emission tomograph (CareMiBrain)

Abstract

The goal of developing a PET dedicated to the brain (CareMiBrain) has evolved from its initial approach to diagnosis and monitoring of dementias, to the more ambitious of creating a revolutionary clinical pathway for the knowledge and personalized treatment of multiple neurological diseases.

The main innovative feature of CareMiBrain is the use of detectors with continuous crystals, which allow a high resolution determination of the depth of annihilation photons interaction within the thickness of the scintillation crystal.

The technical validation phase of the equipment consisted of a pilot, prospective and observational study whose objective was to obtain the first images (40 patients), analyze them and make adjustments in the acquisition, reconstruction and correction parameters, comparing the image quality of the CareMiBrain equipment with that of the whole-body PET/CT.

Thanks to the team meetings and the joint analysis of the images, it was possible to detect its weak points and some of its causes. The calibration, acquisition and processing processes, as well as the reconstruction, were optimized, the number of iterations was set to achieve the best signal-to-noise ratio, the random correction was optimized and a post-processing algorithm was included in the reconstruction algorithm. The main technical improvements implemented in this phase of technical validation carried out through collaboration of the Services of Nuclear Medicine and Neurology of the Hospital Clínico San Carlos with the Spanish company Oncovision will be exposed in a project financed with funds from the European Union (Horizon 2020 innovation program, 713323).

Resumen

El objetivo del desarrollo de una PET dedicada al cerebro (CareMiBrain) ha evolucionado desde su enfoque inicial de diagnóstico y monitorización de demencias hasta el más ambicioso de crear una vía clínica revolucionaria para el conocimiento y tratamiento personalizado de múltiples enfermedades neurológicas.

La principal característica innovadora de CareMiBrain es el uso de detectores con cristales continuos que permiten una determinación de alta resolución de la profundidad de interacción de los fotones de aniquilación dentro del espesor del cristal de centelleo.

La fase de validación técnica del equipo consistió en un estudio piloto, prospectivo y observacional cuyo objetivo era obtener las primeras imágenes (40 pacientes), analizarlas y realizar ajustes en parámetros de adquisición, reconstrucción y corrección, comparando la calidad de la imagen del equipo CareMiBrain con la del equipo PET/TC de cuerpo completo.

Gracias a las reuniones del equipo y al análisis conjunto de las imágenes fue posible detectar sus puntos débiles y algunas de sus causas. Se optimizaron los procesos de calibración, de adquisición y procesado, así como la reconstrucción, se fijó el número de iteraciones para conseguir la mejor relación señal-ruido, se optimizó la corrección aleatoria y se incluyó un algoritmo de posprocesamiento en el algoritmo de reconstrucción. Se expondrán las principales mejoras técnicas implementadas en esta fase de validación técnica realizada mediante colaboración de los Servicios de Medicina Nuclear y Neurología del Hospital Clínico San Carlos con la empresa española Oncovision en un proyecto financiado con fondos de la Unión Europea (programa de innovación Horizonte 2020, 713323).