Hvordan avgjøre om man skal bruke raster eller ikke?

Transkript

1 Hvordan avgjøre om man skal bruke raster eller ikke? Jacob Nøtthellen og Bente Konst Møtearena for diagnostisk fysikk 1. november 2010 Gardermoen

2

3 Detective quantum efficiency (DQE) DQE, Viktigste parameter for bildekvalitet i digitale bildesystemer? Tar hensyn til deteksjonseffektivitet og romlig oppløsning. Hvis det finnes spredt stråling blir DQE redusert. Bushong (2008)

4 DQE i Aichinger DQE SNR SNR 2 out 2 in DQE NEQ N NEQ 2 SNR out, N antall fotoner bildet er basert på. DQE( ) k MTF W ( ) 2 W=Wiener spectrum

5 Støy Any fluctations in the image that do not correspond to variations in the X-ray attenuation of the object being imaged. Støysom ikke fantes i film: Aliasing elektronisk støy kvantifiseringsstøy fra digitalisering. Støy: Fixed pattern noise Spredt stråling- reduserer kontrast og SNR, påvirker rekonstruksjoner og kvantitativ analyse negativt.

6 Redusere spredt stråling Geometri: redusere sannsynligheten for å detektere spredt stråling. Digitalt: redusere effekten av spredt stråling. Bushong 2008

7 Teknikker-redusere spredt stråling Geometrical: Collimation Air gap Grids Scanning slit (multiple) Rotating slit and cones Digitalt: High-pass filtering Scatter deconvolution Windowing/thresholding Subtraction Scatter correction algortihm for digitally acquired radiographs:theory and results. John M Boone. Med. Phys. 1986

8

9

10 TFY 4320 Medisinsk fysikk NTNU-mastergrad = NTH sivil ingeniør:. Apparatur for røntgendiagnostikk, digital radiografi, transmisjonsdatatomografi (CT)... Teoretisk beskrivelse av bildedannelse, støy i medisinske bilder, rekonstruksjonsalgoritmer for tomografi, medisinsk bildebehandling. Kvalitetssikring i medisinsk bildediagnostikk. The phsyics of medical imaging av S Webb 1988 ( reprinted with corrections flere ganger på 90-tallet)

11 TFY 4320 Medisinsk fysikk Raster fjerner spredt stråling. Oppbygning: tynne blylammeller med plast eller aluminium imellom. Siden noe av primærstrålingen og det meste av spredt stråling blir absorbert i blyet må man øke eksponeringen (OBS!!!!)

12 Rasterparametre: Grid ratio R G = h/d, h = høyden av blylamellene, D er avstanden mellom lamellene. Jo høyere lameller jo mer spredt stråling stoppes. R G mellom 5 og 15. Selektiviteten = T p /T s, er høy for effektivt raster. Kontrastforbedringsevnen, typiske verdier 1.5 og 3.5: K 1 1 SNR SNR T T s p

13 Bukcyfaktor = eksponering som kreves med raster/eksponering som kreves ute raster; for å få samme svertning på filmen. Typiske verdier er mellom 2 og 8. B K T p Stasjonære raster: parallelle ufokuserte, fokuserte. Bevegelige raster: ulike akselerasjoner.

14 FYS 4760 (og FYS 9760) "Fysikk i medisinsk røntgendiagnostikk" Dowseth DJ, Kenny PA, Johnston RE. The Physics of Diagnostic Imaging. London: Chapman&Hall Medical (2006) Kap 3 6, 8 14, samt 21 og 22. De viktigste elementene ved apparaturen vil bli gjennomgått, med vekt på digital bilderegistrering og rekonstruksjon, samt parametre i operatørens kontroll med henblikk på å manipulere bildekvalitet og stråledose til pasient fra et optimaliseringsperspektiv.

15 Kap 8: The analog image: film and video. 8.4 Scatter and grids Grid specifications: Grid ratio. Line density. Grid factor/bucky factor. Contrast improvement factor. Selectivity. CIF og B er sterkt avhengig av kv, feltstørrelse og vevstype.

16 Radiografhøgskolen (Bushong, S.C (2008). Radiologic science for technologists: physics, biology and protection): Forstå sammenhengen mellom spredt stråling og kontrast i bildet. Beskrive ulike rasterkonstruksjoner og typer. Parallellgrid- grid cut off Grid cutoff N Grid d 1 D SID ratio Beregne: grid ratio, contrast improvement factor ( ), Bucky factor (2-6), selectivity og grid frequency:

17 Diskutere vanlige feil ved rasterbruk (off-level, off-center, off-focus ) Vurdere omstendighetene rundt riktig valg av raster. Fordeler og ulemper mhp. pasientdose ved bruk av raster.

18 Malmö Medicinsk strålningsfysik sjukehusfysik. Röntgenfysik detaljerat kunna beskriva och förklara uppbyggnad och funktion hos röntgenutrustning (röntgengenerator, röntgenrör, bildmottagare) för konventionella(planara) undersökningar, mammografi och för olika typer av tomografi (CT), kunna förstå principen för analoga och digitala detektorer och kunna redogöra för deras funktion, dess för- och nackdelar, samt förklara hur de används kliniskt,

19 kunna förklara hur exponeringsparametrar och exponeringsförhållanden för olika system påverkar röntgenspektra, bildkvalitet (brus, upplösning och kontrast), spridd strålning och absorberad dos till patienten,.. kunna diskutera och utarbeta kvalitetsprogram för regelbunden kontroll av såväl röntgenutrustning som arbetsmetoder, samt analysera resultaten av kontrollerna och föreslå eventuella åtgärder,

20 Rekommenderad litteratur MSFM21 Tema röntgenfysik: Dendy PP, Heaton B, Physics for diagnostic radiology. Institute of Physics, London (199?) ISBN: R 8:1 kun for kv < 85, ellers 12:1. For barn, hvis behov bruk kun 8:1 grid antall linjer/cm maks 40.

21 Radiation exposure and image quality in x- ray diagnostic radiology Horst Aichinger m.fl 2004 både konvensjonell og digital tenknologi!..since the ability to display poorly contrasted details with the windowing technique is limited only by noise. The effect of grid on image quality can therefore be evaluated by the signal to noise improvement factor SNR if.

22 SNR if SNR g SNR 0 SNR i f T p B T p varier kun med 10% innenfor de kv som blir brukt i radiologi. MEN er avhengig av lamell-tykkelsen og reduseres med økende kv pga økt transmisjon av spredt strålting. Bør kun bruke lav attenuerende interspace - materiale; for eksempel papir, karbon eller luft (ikke Al).

23 Film optimal reduksjon av spredt stråling en balanse mellom kontrastforbedring og Bucky-faktor. begrenset eksponeringstoleranse (OD).

24 Digitalt Ikke like sterk sammenheng mellom innsamling av bildeinformasjon og visning av bildet. Prosessering løser kontrast begrensningene ved film. Se på hvordan reduksjon i spredt stråling påvirker signal-støyforholdet (SNR) istedenfor kontrasten.

25

26 Digitalt When using grids with digital detectors, an increase in exposure technique (mas) is necessary only because of incomplete transmission of the primary radiation by the grid in order to compensate for decrase in the SNR ratio. This is different than in SF radiography, where compensation is required for removal of both primary and scattered radiation in order to achieve the correct film optical density range. ACR Practice guideline Digital radiography 2007

27 Konklusjon i Aichinger: For å sammenligne rastre av ulike typer mhp dose og bildekvalitet, må man vite eksponeringsparameterne: geometri, kv og filtrering. in digital imaging it is possibly not always necessary to increase the incident exposure when a grid is employed.... Only if the noise in the image cannot be tolerated must the dose be increased.

28 Rastre i bruk på SiV Sted l/cm r fokus Type Lab Parallell Lysholm Lungelab Type 9894 Lab 4 bord 40* 10* 110* - Lab 4 vegg Lab 4 stort løst 40* 8* * - Lab 4 liten Al Rego Lab 5 bord Lab 5 vegg Lab 5 stort løst 40 8 Lab 5 liten *)Info. Fra E. Framvik

29

30 Metode 1: SNR if forenklet (JN, antar at Tp=0.71) Finn et representativt (ikke homgent) fantom. Ta to bilder med lik kv/mas/filtrering/felt, med og uten raster. Prosesser bildene med en lineær (proporsjonal) LUT. Beregn B ved å dele det ene bildet på det andre. Beregn : SNR if B 2 Metode beskrevet av JN i e-post 17/6-2010

31 Metode 2: 4 bilder Bilde med fantom: Ta to bilder med lik kv/mas/filtrering/felt, med og uten raster. Uten fantom: Ta to bilder med lik kv/mas/filtrering/felt, med og uten raster. SNR X uten fantom med grid if X uten fantom uten grid B

32 Pixelvalue Dokumentasjon på linearitet y = 370,84x + 718,56 R² = 0, y = 381,74x + 31,499 R² = 0,9713 Linearitet AEC ROI 2 Lineær (Linearitet AEC) Lineær (ROI 2) 0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 mas

33 Resultat Thoraxfantom - SNR if SNR if ROI 1 ROI 2 Hele bildet Metode 1 (kun thoraxfantom) Metode 1 (Thorax fantom + 14 cm PMMA) Metode 2 (Thorax fantom + 14 cm PMMA) Metode 1 antok at T p =0.71 Metode 2 ga en beregnet T p = og Nominell Tp= Spør leverandør!

34 Optimalisering i praksis

35

36

37 Utfordring Ts varier over ulik anatomi og er avhengig av intensiteten og vinklingen på den spredte stråling. Homogent fantom: spredt stråling størst i midten, avtagende mot sidene.

38 Konklusjon I analog fortid bestemte Bucky-faktoren dosen til pasienten. Jo høyere Bucky-faktor jo høyere dose til pasienten. I digital nåtid: ingen sammenheng mellom dose og svertning av film. Dosen brukes til å lage bildekvalitet. De vesentligste fotonene er ikke P+S, men NEQ. Før raster: NEQ 1 P SPR Etter raster: NEQ 1 TpP SPR NEQ=SNR out 2

39 Konklusjon forts Det er SPR i de kritiske områdene (nærmest grensen for diagnostisk kvalitet) som avgjør bruken av raster og hvilken dose som bør benyttes.

40