Ακτινολογία - Ακτινοσκόπηση. Λήψη, Επεξεργασία, Παρουσίαση της εικόνας και Δοσιμετρία

• Τα μέρη του απεικονιστικού συστήματος
• Μετατροπή των αναλογικών δεδομένων σε ψηφιακή μορφή
• Ψηφιοποίηση της εικόνας
• Επεξεργασία της εικόνας
• Παρουσίαση της εικόνας
• Σχέση της ποιότητας εικόνας με τη Δοσιμετρία

Ψηφιακά Ακτινολογικά Συστήματα

Τα πλεονεκτήματά τους είναι η αύξηση της ταχύτητας της εξέτασης και συνεπώς αύξηση του αριθμού των εξεταζομένων, η δυνατότητα επεξεργασίας της ψηφιακής εικόνας, η δυνατότητα εφαρμογής της τηλεϊατρικής και γνωμάτευσης από τους ειδικούς ιατρούς, η εύκολη αρχειοθέτηση και η καλύτερη ποιότητα εικόνας με την ίδια δόση ακτινοβολίας.

Βασικό μειονέκτημα είναι το υψηλό κόστος για την αγορά εξοπλισμού, τη συντήρησή του, την ειδική υποδομή και την εκπαίδευση του προσωπικού.

Δυνατότητες του Ψηφιακού Συστήματος

• Χαμηλή δόση στον εξεταζόμενο : ψηφιακή επεξεργασία μετά το τέλος της εξέτασης, πάγωμα της τελευταίας εικόνας (last frame hold), παλμική ακτινοσκόπηση, μεταβαλλόμενος ρυθμός ακτινογράφησης, επεξεργασία της εικόνας και ποσοτικοποίηση.
• Διαφοροποίηση της αντίθεσης (contrast), με αποτέλεσμα την αποκάλυψη μη καθαρών λεπτομερειών
• Μεταφορά της εικόνας σε πολλά τερματικά, αποδοτική αρχειοθέτηση, PACS

Επίδραση της τεχνικής «Pulsed Fluoro» στη Δόση Ακτινοβολίας

• A. Conventional: 30 pulses per second
• B. 15 pulses per second; dose at 50%
• C. 7.5 pulses per second; dose at 25 %
• D. 3.75 pulses per second; dose at 12.5 %

Example: 17 cm mode

• 30 pulses/s 2.3 cGy/min
• 15 pulses/s 1.4 cGy/min

Λήψη της εικόνας

C arm (ευέλικτο σύστημα ακτινοσκόπησης)

• Λυχνία ακτίνων Χ
• Κατευθυντής
• Ενισχυτής εικόνας και ψηφιοποιητής ή flat panel
• TV monitor

Περιφερειακές Συσκευές

• Κινηματογραφική μηχανή (35 mm)
• Photospot camera (100 mm)
• Spot film device (to II, convent.)
• Digital photospot (high res., slow scan)
• DSA σύστημα

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΚΤΙΝΟΓΡΑΦΙΚΗΣ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ (Έμμεση έκθεση). COMPUTED RADIOGRAPHY (CR) ή STORAGE PHOSPHOR SYSTEMS. Χρησιμοποιούνται πινακίδες φωσφόρου αντί του γνωστού ακτινογραφικού φιλμ.

ΨΗΦΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ Digital flat panels (Άμεση έκθεση). DR “SINGLE EXPOSURE “ DIGITAL PROJECTION RADIOGRAPHY, FPI FLAT PANEL για δυναμικές μελέτες. Χρησιμοποιούν ανιχνευτή από άμορφο σελήνιο (άμεσο FLAT) ή άμορφο πυρίτιο (έμμεσο FLAT).

Στην αναλογική εικόνα παρατηρείται συνεχής μεταβολή της φωτεινότητας και σε κάθε σημείο της αντιστοιχεί η διαφορετική απορρόφηση των ακτίνων Χ από το σώμα του εξεταζόμενου. Στην ψηφιακή εικόνα παρέχεται σειρά αριθμών (δύο διαστάσεις) συγκεκριμένης «πυκνότητας» (εξαρτάται από το ρυθμό δειγματοληψίας). Η τιμή κάθε αριθμού αντιστοιχεί στην τιμή της φωτεινότητας στο συγκεκριμένο σημείο. Δηλαδή, η ψηφιοποίηση εμπεριέχει δειγματοληψία (χωρική και χρονική) και ποσοτικοποίηση (μετατροπή του πλάτους του σήματος σε ακέραιο αριθμό).

Τα μειονεκτήματα της ψηφιακής απεικόνισης είναι ο ηλεκτρονικός θόρυβος, η απώλεια δεδομένων και η μικρότερη διακριτική ικανότητα. Η (χωρική) διακριτική ικανότητα περιορίζεται επειδή το φωσφορίζον υλικό στέλνει διάχυτο φως, ο ρυθμός δειγματοληψίας δεν είναι απεριόριστος και ο ψηφιακός ανιχνευτής και η οθόνη αποτελούνται από μήτρα στοιχείων (picture element – pixel) διακριτών διαστάσεων. Για την βέλτιστη απόδοση, οι διαστάσεις των στοιχείων του ανιχνευτή πρέπει να «ταιριάξουν» με το ρυθμό δειγματοληψίας.

Flat panel detectors

• CsI layer deposited directly on array of Si photodiodes with TFT switching matrix (GE 2000, first FDA approved full-digital system [11 yrs, 130 million]). Indirect conversion.
• Direct conversion of x-ray into charge using higher-Z semiconductors (lead iodide, selenium, zinc cadmium telluride, thallium bromide)

Η ποσοτικοποίηση αντιστοιχεί ακέραιο αριθμό σε κάθε pixel. O αριθμός των bit (binary digit) για κάθε pixel (καθορισμένος από τον κατασκευαστή) είναι το «βάθος» του (pixel depth). Τυπικά βάθη αποτελούν :

• Ακτινοσκόπηση: 8 bits, 256 επίπεδα του γκρι
• Αγγειογραφία: 10-12 bits, 1024 - 4096
• CR, DR: 10-14 bits, 1024 -16384

Δυναμικό εύρος (σήματος). Υπάρχει ένα μέγιστο στην τιμή του σήματος, λόγω κορεσμού του ανιχνευτή, πεπερασμένης απόδοσης του ADC και περιορισμένης έκθεσης του εξεταζόμενου στην ακτινοβολία. Υπάρχει ένα ελάχιστο στην τιμή του σήματος, λόγω πεπερασμένης απόδοσης του ADC, κβαντικού θορύβου (quantum noise) και ηλεκτρονικού θορύβου.

Ψηφιακή Απεικόνιση

• Μετατροπέας ψηφιακής σε αναλογική μορφή (DAC)
• LUT: look up table (Δυναμική μετατροπή των ψηφιακών δεδομένων με τη βοήθεια «πίνακα μετάφρασης»)

Η επεξεργασία της εικόνας πρέπει να οδηγεί στην παρουσίαση όσο δυνατόν περισσότερων κλινικά χρήσιμων πληροφοριών, αλλά με την ελάχιστη δυνατή δόση ακτινοβολίας στον εξεταζόμενο.

Τυπικές δόσεις και διακριτική ικανότητα

Τεχνικές βελτίωσης της εικόνας (μετά τη λήψη) :

Temporal Averaging

• μειώνει τις αυξομειώσεις του θορύβου
• αυξάνει το SNR (signal to noise ratio)
• μειώνει τη διακριτική ικανότητα χρόνου

Χωρική Διήθηση (spatial filtration)

• low pass (smoothing – εξομάλυνση)
• high pass (edges – περίγραμμα)
• band pass (edge enhancement – επίταση περιγράμματος)

Πριν την επεξεργασία:

• Bad pixel corrections
• Shading / non uniformity corrections

Μετά την επεξεργασία:

• Dynamic range compression
• Contrast enhancement
• Special resolution enhancement

Ανεξάρτητα από τις δυνατότητες - προσφορές της τεχνολογίας, η βέλτιστη ποιότητα εικόνας δυστυχώς συνοδεύεται από μεγάλη δόση ακτινοβολίας. Τονίζεται η παρατήρηση ότι για κάθε εξέταση υπάρχει ένα ελάχιστο στην απαιτούμενη ποιότητα εικόνας, το οποίο δεν χρειάζεται να υπερβαίνεται. Οπωσδήποτε χρειάζεται συνεχής έλεγχος καλής λειτουργίας όλων των μονάδων του συστήματος και συνεχής εκπαίδευση των χειριστών.

Ακτινοπροστασία στην ακτινοσκόπηση

• Περιοχή υψηλής έκθεσης
• Προστασία προσωπικού (χρόνος, απόσταση, θωράκιση)
• Προστασία εξεταζομένου (χρονόμετρα έκθεσης με συναγερμό, εξειδικευμένο προσωπικό, καλή συντήρηση εξοπλισμού)

Συνεχής έλεγχος καλής λειτουργίας:

• Πηγής ακτίνων Χ και γεννήτριας (δυναμικό, ρεύμα, σταθερότητα)
• Μονάδας αυτόματου ελέγχου έκθεσης (ρυθμός δόσης εισόδου για κάθε κλινικό πρωτόκολλο)
• Ποιότητας εικόνας (με ειδικούς μετρητές – phantom-test objects : δυναμικό εξόδου, κλίμακα απόχρωσης, low contrast – χαμηλή αντίθεση – θόρυβος, high contrast – διακριτική ικανότητα, παραμόρφωση, ομοιογένεια πεδίου)

Ποιότητα εικόνας, Δόσεις Αναφοράς και Βελτιστοποίηση

• Εκπαίδευση προσωπικού, χειριστών
• Μετρήσεις της επίδοσης (αρτιότητα λειτουργίας) του συστήματος (καταγραφή των χαρακτηριστικών λειτουργίας των ανιχνευτών, προτάσεις για τυποποίηση προτεινόμενου πρωτοκόλλου).
• Σχολαστική βαθμονόμηση των μετρητών δόσης
• Χρήση radiochromic films για την εκτίμηση της κατανομής της δόσης

Προτάσεις για καταγραφή – αποθήκευση απαραίτητων στοιχείων (στην ακτινοσκόπηση)

• Είδος εξέτασης
• Συνολική τιμή του DAP (Dose Area Product)
• Χρόνος ακτινοσκόπηση
• Μήκος φιλμ και αριθμός εικόνων στην ακτινογράφηση
• Συσσωρευμένη δόση

DIMOND III. Measures for Optimizing Radiological Information and Dose in Digital Imaging and Interventional Radiology. European Commission. Fifth Framework Program 1998-2002. Project reference FIGM-2000-00061.

α) ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΟΣΙΜΕΤΡΗΣΗΣ ΑΣΘΕΝΩΝ

• Γινόμενο δόσης επιφανείας (Dose Area Product: DAP).
• Μέτρηση δόσης δέρματος (Entrance Skin Dose: ESD) ή μέγιστης δόσης δέρματος (Maximum Skin Dose: MSD) με δοσίμετρα θερμοφωταύγειας (TLD), με ειδικά βαθμονομημένα φίλμ ή ειδικό δοσίμετρο δέρματος (skin dose monitor).
• Ενεργός δόση (Ε), η οποία παρέχει ένα μέτρο εκτίμησης του κινδύνου από μια ακτινολογική πράξη. Θεωρητικές μαθηματικές μέθοδοι (Monte Carlo) που υπολογίζουν δόσεις οργάνων. Υπολογισμός Ε από συντελεστές μετατροπής (E/ESD, E/DAP). Μετρήσεις με TLD σε ειδικά ανθρωπομορφικά ομοιώματα.

• Δοσίμετρα TLD : Πλεονεκτήματα: Ακριβής μέθοδος εάν γίνει σωστή τοποθέτηση. Διαφορετικά οδηγούν σε υποεκτίμηση της δόσης. Μειονεκτήματα: Χρονοβόρα, έχει υψηλό κόστος.
• Φιλμ (Kodak X-Omat V, Kodak EDR, Gafchromic) : Πλεονεκτήματα: Ακριβής μέθοδος εφόσον γίνει σωστή βαθμονόμηση, μικρό κόστος, πλήρης χαρτογράφηση δόσης δέρματος. Μειονεκτήματα: Kodak X-Omat V έως περίπου 500mGy, Kodak EDR έως 15Gy, Gafchromic έως 20Gy)
• Δοσίμετρο δέρματος (McMahon Medical Skin Dose monitor) : Πλεονεκτήματα: Ακριβής μέθοδος εάν γίνει σωστή τοποθέτηση. Μειονεκτήματα: Περιορισμένος αριθμός ανιχνευτών μπορεί να τοποθετηθεί στο σώμα του ασθενούς.
• Υπολογισμός από DAP και μέγεθος πεδίου : Μειονεκτήματα: Δύσκολη και χρονοβόρα μέθοδος γιατί οι προβολές και το μέγεθος πεδίου αλλάζουν συνεχώς.

Συνεχής (On-line) καταγραφή δόσης

• PEMNET System (Clinical Microsystems): ελέγχει συνεχώς τη δόση δέρματος ασθενούς.
• CAREGRAPH, Siemens καταγράφει: DAP συνολικό και σε κάθε καταγραφή, χρόνο ακτινοσκόπησης MSD, πληροφορίες για κάθε προβολή, χαρτογράφηση της περιοχής ακτινοβόλησης με οριοθέτηση της πιο “hot” περιοχής σε σχέδιο του ασθενούς.

β) ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΟΣΙΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΥ

• Φιλμ ή TLD (κάτω από την ακτιν/κή ποδιά στο ύψος της μέσης, πάνω από την ακτιν/κή ποδιά στο ύψος της μέσης, πάνω από την ακτιν/κή ποδιά στο ύψος του θώρακα, πάνω και κάτω από την ακτιν/κή ποδιά στο ύψος του θώρακα)
• TLD (θυρεοειδής, άκρα)
• Ψηφιακό δοσίμετρο

Δοσιμετρία προσωπικού

• σημαντική παράμετρος
• η δόση πρέπει να καταγράφεται
• απαραίτητη χρήση των thyroid collar και lead glasses

WP 3.1.2 Proposal for standardization of a performance assessment protocol for new detectors. SENTINEL (Contract Number: FP6 - 012909). V. NEOFOTISTOU / S. KOTTOU / V. TSAPAKI ATHENS GENERAL HOSPITAL / ATHENS UNIVERSITY MEDICAL SCHOOL ATHENS, HELLAS.

NEMA Standard XR 21-2000. Characteristics of and test procedures for a phantom to benchmark cardiac fluoroscopic and fluorographic performance. Parameters :

• Spatial Resolution
• Low Contrast Detectability
• Visibility of moving structures
• Phantom entrance exposure measurements

IEC 60601-1-5 (2001) ( project). Image Quality and Dose for X-ray equipment. Parameters :

• Spatial resolution
• Low contrast sensitivity
• Air kerma

Leeds TOR 18 FG is recommended for interventional cardiology/radiology

• Spatial Resolution
• Low Contrast Sensitivity

Test Tool DIGI-13. For quality checks at all types of CR and DR systems

• homogeneity
• spatial and contrast resolution
• alignment of field
• X-ray field artefacts

DIGRAD PEHA med

• dynamic range
• contrast resolution
• homogeneity
• spatial resolution (optional)
• position and size of the effective radiation field

Detector Entrance Dose (DED), Patient Entrance Dose (PED). 20 cm PMMA phantom or water, Cu filters? Important: Place the measuring chamber outside the measuring circle. Protocol proposed by SENTINEL : FDD = 100 cm, FSD = 65 cm, Tabletop included, Grid included. Measurements for all available formats / fluoro modes AND digital cine.

Assessment of Image display and Hard copy device

SMPTE pattern display assessment

• 5 % visible in 0%?
• 95 % visible in 100%?
• All line pairs visible?

SMPTE pattern hard copy assessment

• 5 % visible in 0%?
• 95 % visible in 100%?
• All line pairs visible?
• Homogeneity?

Για τα απεικονιστικά συστήματα Νέας Τεχνολογίας απαιτείται σχεδιασμός για τη δημιουργία βάσης δεδομένων δοσιμετρίας

• Δόσεις στους εξεταζόμενους
• Προτάσεις για καθορισμό δόσεων αναφοράς
• Μελέτη της επίδρασης του δείκτη πολυπλοκότητας (complexity index)
• Επιδημιολογικές μελέτες : επαναλαμβανόμενες εξετάσεις, συσσωρευμένη δόση (collective dose), παρακολούθηση των ασθενών (μεγάλες δόσεις), αριθμός και είδος εξετάσεων κάθε μονάδας.
• Δόσεις στο προσωπικό
• Τυποποίηση της στρατηγικής βελτιστοποίησης
• Προτάσεις για τα κριτήρια ποιότητας εικόνας

Intercomparison των δοσιμετρικών συστημάτων

• ευρωπαϊκά ερευνητικά προγράμματα
• συνεργαζόμενα τμήματα

Exams of the GI tract

Antegrade studies (with the normal flow)

• esophagus, stomach, small bowel
• contrast (barium, barium + air, oral iodine solution)

Retrograde studies (against the flow)

• colon
• contrast (barium, barium + air)

Exams of the Urinary System

- Non fluoroscopic

- Antegrade studies

• intravenous pyelogram (IVP)
• contrast media iodine (compound injected into bloodstream)
• timed set of exposures

Σοφία Κόττου
Επικ. Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσικής
Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Αθηνών
Τελευταία αναθεώρηση : 1/3/2006