IAEA International Atomic Energy Agency Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л 20: Оптимизация защиты в цифровой радиологии Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 20: Цифровая радиология2 Темы Введение Основные принципы Зависимость между диагностической информацией и дозой облучения пациента Обеспечение качества

IAEA 20: Цифровая радиология3 Обзор Ознакомление с методами цифровой визуализации в проекционной рентгено- графии и флюороскопии, а также с основами DICOM стандарта и влиянием цифровых методов на качество изображения и дозу облучения пациента

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 20: Цифровая радиология Тема1: Введение Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 20: Цифровая радиология5 Переход от обычной радиологии к цифровой В развитых странах обычное флю- ороскопическое и рентгено- графическое оборудование в настоящее время в основном заменено на цифровое Цифровая радиология имеет безус- ловные преимущества, а также свои недостатки Переход к цифровой радиологии требует дополнительного обучения

IAEA 20: Цифровая радиология6 Переход от обычной радиологии к цифровой Цифровые изображения могут быть обработаны цифровыми методами, что невозможно для обычной радиологии!!. Цифровые изображения могут быть также переданы по компьютерной сети и заархи- вированы Нужно уделять внимание возможности потенциального повышения дозы из-за: Производства лишних изображений Производства изображений более высокого качества, чем требуется для клиники

IAEA 20: Цифровая радиология7 Доза облучения в цифровой рентгенологии Ошибки при обычной рентгенографии видны на снимке: изображения слишком светлые или слишком тёмные При цифровой рентгенографии изображения всегда хорошие, т.к. благодаря высокому динамическому диапазону ошибки экспозиции компенсируются

IAEA 20: Цифровая радиология8 Динамический диапазон ^ Большой динамический диапазон детектора позволяет получать изображе- ния приемлемого качества ^ Плоско-панельные детекторы (обсужда- ются далее) имеют динамический диа- пазон 10 4, в то время как комбинация экран-плёнка только

IAEA 20: Цифровая радиология9 Характеристическая кривая системы компьютерной рентгенографии (КР) HR-III CEA Film-Fuji Mammofine КР Воздушная КЕРМА (мГр) 0,001 0,01 0,1 1 3,532,521,510,503,532,521,510,50 Плотность

IAEA 20: Цифровая радиология10 Цифровые технологии Цифровая рентгенография и цифровая флюороскопия являются новыми техно- логиями, заменившими изображения на плёнках Появились новые цифровые технологии, не имеющие аналогов в обычной радио- логии (CT, MRI, и т.д.)

IAEA 20: Цифровая радиология11 Оцифровка обычных плёнок i Обычные изображения на плёнке могут быть преобразованы в цифровые с помощью цифрового преобразовате- ля и зарегистрированы в электронном виде i Это преобразование также позволяет последующую цифровую обработку i Эти приёмы не могут рассматриваться как методы цифровой радиологии

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 20: Цифровая радиология Тема 2: Основные принципы Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 20: Цифровая радиология13 Сравнение аналоговых и цифровых систем Цифровые: заданные па- раметры могут иметь толь- ко дискретные значения Аналоговые: заданные параметры могут иметь непрерывные значения

IAEA 20: Цифровая радиология14 Цифровые рентгеновские изображения В обычной радиографии позиции и оптическая плот- ность точек изображения являются аналоговыми величинами В цифровой радиологии для формирования изо- бражений используется матрица Матрица – это квадратная или прямоугольная об- ласть, разделённая на ряды и столбцы. Наимень- ший элемент матрицы называется пикселом Каждый пиксел представляет собой определённое положительное число, соответствующее яркости элемента изображения Положение пиксела в матрице задаётся координа- тами его ряда и столбца (x,y)

IAEA 20: Цифровая радиология15 Разное количество пикселов в изображении: в оригинале 3732 x 3062 пикселов x 256 уровней серого (21,8 МБ). Здесь1024 x 840 (1,6 MБ).

IAEA 20: Цифровая радиология16 Разное количество пикселов в изображении: в оригинале 3732 x 3062 пикселов x 256 уровней серого (21,8 МБ). Здесь 128 x 105 (26,2 кБ).

IAEA 20: Цифровая радиология17 Разное количество пикселов в изображении: в оригинале 3732 x 3062 пикселов x 256 уровней серого (21,8 МБ). Здесь 64 x 53 (6,6 кБ

IAEA 20: Цифровая радиология18 Отдел цифровой радиологии Кроме рентгеновских кабинетов и диагностических аппаратов отдел цифровой радиологии имеет ещё два компонента: l Систему управления радиологи- ческой информацией (RIS) как часть информационной системы меди- цинского центра (HIS) l Систему передачи и архивирования изображений (PACS)

IAEA 20: Цифровая радиология19 DICOM DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) – это стандарт для передачи рентге- новских изображений и другой медицинской информации между разными системами Все недавно разработанные медицинские из- делия должны быть совместимыми с DICOM Однако, из-за быстрого развития новых тех- нологий и методов совместимость медицинских систем разных разработчиков часто вызывает проблемы

IAEA 20: Цифровая радиология20 Изображения в формате DICOM : Рентгеновские изображения в DICOM содержат помимо изображения заголовок с набором важных данных, относящихся к: рентгеновским системам, используемым для получения изображений идентификации пациента радиографическим методам, дозиметри- ческим деталям и т.д.

IAEA 20: Цифровая радиология21 Процесс цифровой радиологии Получение изображений Обработка изображений Воспроизведение изображений Важность условий просмотра Архивация изображений (PACS) Восстановление изображений из архива Время восстановления изображений

IAEA 20: Цифровая радиология22 Radiotherapy Department Основные компоненты системы PACS

IAEA 20: Цифровая радиология23 Получение изображений (I): Пластины с фотостимулируемым люминофором (ПФЛ). Компьютерная рентгенография (СР) Могут использоваться обычные системы для радиографии Прямая цифровая запись изображений на детектор (плоско-панельные детекторы) Прямое преобразование (селен) непрямое преобразование (вспышки)

IAEA 20: Цифровая радиология24 Компьютерная рентгенография (КР) КР использует принципы фотостимулируе- мой люминесценции Пластина с подходящим люминофором облучается также как обычная комбинация экран-плёнка Однако, в отличие от обычного экрана, светящегося под действием рентгеновского излучения, КР пластина удерживает поглощённую энергию в энергетических ловушках, формируя скрытое изображение

IAEA 20: Цифровая радиология25 Испускание запасённой энергии в виде люминесценции производится под дейст- вием сканирующего луча лазера Испускаемый свет, прямо пропорциональ- ный интенсивности падающего рентге- новского излучения, детектируется фотоумножителем и преоб-разуется с помощью АЦП в цифровое изображение Полученное изображение содержит 2,370 x 1,770 пикселов (для маммографии) с 1,024 уровнями яркости (10 бит) и соответствует размеру поля 24 x 18 cм Компьютерная радиография (КР)

IAEA 20: Цифровая радиология26 Принцип работы ПФЛ ВозбуждениеЗаписьЭмиссия Ловушка АЦП ФЭУ

IAEA 20: Цифровая радиология27 Изображения предоставлены Фирмой AFGA ПФЛ цифровой преобразователь Кассета и ПФЛ Рабочая станция

IAEA 20: Цифровая радиология28 (Изображения предоставлены GE Medical Systems) Digital detector

IAEA 20: Цифровая радиология29 Получение изображений (II) Другие методы: Цилиндрический селеновый детектор (применяется для рентгенографии грудной клетки с вертикально смонтированным вращающимся цилиндром, покрытым селеном) Приборы с зарядовой связью (ПЗС) Изображение с люминесцентного экрана регистрируется ПЗС камерой и преобразуется в цифровое изображение

IAEA 20: Цифровая радиология30 Цифровая флюороскопия Цифровые флюороскопические системы в основном базируются на использовании усилителей рентгеновского изображения (УРИ) В обычных системах изображение с выходного экрана УРИ проецируется на плёнку. В цифровых системах оно проецируется на видео или ПЗС камеру Выходной сигнал камеры преобразуется в матрицу цифрового изображения (1024 x 1024 пикселов для большинства систем). Типичными функциями являются сохранение последнего изображения, эффективная коллимация, и т.д. Некоторые системы используют плоско-панельные детекторы вместо УРИ

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 20: Цифровая радиология Тема 3: Зависимость между диагностической информацией и дозой облучения пациента Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 20: Цифровая радиология32 Качество изображения и доза При тех же дозовых параметрах облучения пациентов в цифровом изображении обычно содержится больше диагностической информации, чем в аналоговом Большой динамический диапазон цифровых детекторов и возможности последующей обработки изображений позволяют получить больше инфор- мации, содержащейся в изображении

IAEA 20: Цифровая радиология33 Тенденция к повышению дозы В цифровой радиологии некоторые парамет- ры, характеризующие качество изображения, находятся в определённом соотношении с дозой Для детекторов чем выше доза, тем меньше шума и лучше качество изображения При повышении дозы отношение сигнал/шум повышается Таким образом, существует тенденция к повышению дозы, особенно в случаях когда АРЭ не применяется

IAEA 20: Цифровая радиология34 Сравнение компьютерной рентгенографии и комбинации экран-плёнка В компьютерной рентгенографии (КР) плотность изображения автоматически регулируется независимо от дозы Это одно из преимуществ КР, которое помогает существенно снизить повторные исследования, но в то же время может скрыть недо- или переоблучение Недооблучение легко корректируется рентгенолабо- рантом (изображение слишком зашумлено). Переоблучение не может быть обнаружено, если не измерять дозу облучения пациента

IAEA 20: Цифровая радиология35 При недооблучении изображение зашумлено При переоблучении качество изображения хорошее, но страдает пациент При неправильно выбранном динамическом диапазоне часть информации теряется Уровень экспозиции 2,98 Уровень экспоз. 2,36

IAEA 20: Цифровая радиология36 Уровень экспозиции 1,15 Уровень экспоз. 1,87 При малой дозе изображение слишком зашумлено

IAEA 20: Цифровая радиология37 Уровень экспозиции b Некоторые цифровые системы имеют указатель уровня экспозиции, который регистрирует дозу, полученную детекто- ром b Зависимость между дозой и уровнем экспозиции - логарифмическая: если дозу облучения детектора увеличить вдвое, тоуровень экспозиции увеличится на 0,3 = log(2).

IAEA 20: Цифровая радиология38 Риск увеличения дозы: Большой динамический диапазон детекторов позволяет получить хорошие изображения при высоких дозах на входе детектора и пациента Для обычных систем с комбинацией экран-плёнка это невозможно, т.к. при высоких дозах снимок получается слишком тёмным

IAEA 20: Цифровая радиология39 Цифровая флюороскопия: b В цифровой флюороскопии диагностичес- кая информация (число и качество изо- бражений) и доза облучения пациента взаимосвязаны b Цифровая флюороскопия даёт возмож- ность легко получить много изобра- жений (т.к. не требуется заменять кас- сеты с плёнками) b Вследствие этого: доза облучения паци- ента может быть повышена без всякой пользы

IAEA 20: Цифровая радиология40 Трудно проследить число полученных изображений за процедуру Стирание бесполезных изображений перед посылкой их в PACS также осуществляется очень легко Из-за этого трудно проследить дозу облу- чения пациента То же самое наблюдается в проекционной рентгенографии при дополнительных исследованиях из-за бракованных снимков

IAEA 20: Цифровая радиология41 Оптимизация качества изображений и сни- жение дозы в цифровой радиологии (1) При уменьшении шума в изображении из- бегайте насыщения детектора в некоторых местах, например, в изображении лёгких Избегайте плохих условий просмотра (например, недостаточной яркости, конт- раста и т.д.) Правильно используйте возможности настройки оборудования (уровня окна, увеличения изображения и т.д.)

IAEA 20: Цифровая радиология42 Оптимизация качества изображений и сни- жение дозы в цифровой рентгенографии (2) Устраните проблемы с цифровым преоб- разователем, жёстким диском, источни- ком энергии, компьютерной сетью и т.д. Избегайте потери изображений в компьютерной сети или PACS из-за их плохой идентификации Устраните артефакты, возникшие из-за неправильной обработки изображений (ложные повреждения или патологии)

IAEA 20: Цифровая радиология43 Оптимизация качества изображений и сни- жение дозы в цифровой радиологии (3) Обеспечьте лёгкий доступ к PACS для просмот- ра предыдущих изображений, чтобы избежать повторений Используйте доступ к радиологической сети для просмотра предыдущих изображений Установите индикатор дозы на консоли рент- геновской системы Используйте программы обработки изображе- ний в дополнение к твёрдым копиям для избе- жания повторения снимков

IAEA 20: Цифровая радиология44 Влияние различной степени сжатия изображений Сжатие изображений может: Влиять на качество изображений, сохраняемых в PACS Изменить время доступа к изображениям (время передачи по сети) Слишком высокий уровень сжатия изо- бражений может ухудшить их качество и привести к повторному обследованию пациентов, т.е. их дополнительному облу- чению

IAEA 20: Цифровая радиология45 Цифровая радиография: проблемы (1) Отсутствие обучения Несоответствие оптической плотности изображения на мониторе уровню дозы (и как следствие - переоблучение). Отсутствие знаний о возможностях и навыков обработки изображений Значительные изменения в технологии получения изображений без должного внимания к дозам облучения пациента (качество изображений после соответствующей обработки обычно не вызывает нареканий)

IAEA 20: Цифровая радиология46 Цифровая радиография: проблемы (2) Советы радиолога, оценивающего качество снимков, должны быть приняты во внимание перед распечаткой изображений Неправильная настройка монитора, выполнен- ная радиологом, может привести к потере диаг- ностической информации (неправильно вы- бранный контраст, уровень окна и т.д.) В телерадиологии качество посылаемого изо- бражения должно быть заранее определено, в особенности, при невозможности последующей обработки

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 20: Цифровая радиология Тема 4: Обеспечение качества Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 20: Цифровая радиология48 Важные аспекты программы гарантии качества в цифровой радиологии (1) Наличие требований для разных цифровых систем (КР, цифровая флюороскопия, и т.д.) Наличие процедур, предотвращающих потерю изображений из-за проблем в сети или с пода- чей электрической энергии Конфиденциальность информации Компромисс между качеством изображения и уровнем его сжатия Рекомендуемое минимальное время для архивации изображений

IAEA 20: Цифровая радиология49 Важные аспекты программы обеспечения качества в цифровой радиологии (2) Измерение дозиметрических параметров и сохранение информации Специальные контрольные уровни Избежание ошибочного удаления изображений или их серий Надзор за дозой облучения пациентов

IAEA 20: Цифровая радиология50 Индикация параметров, связанных с дозой (1) Медицинские специалисты должны следить за дозами облучения пациентов по индикаторам на контрольной панели или внутри рентгенов- ского кабинета (для интервенционных проце- дур) Некоторые цифровые системы имеют цветовой код или указатель (полосу) на мониторе. Этот код или бар показывает оператору соответст- вует ли полученная детектором доза ожида- емой (зелёный или синий цвет) или она слиш- ком высокая (красный цвет)

IAEA 20: Цифровая радиология51 Пример полосы на изображении, показывающей уровень дозы, полученной циф- ровым детекто- ром

IAEA 20: Цифровая радиология52 Индикация параметров, связанных с дозой (2) Использование дозиметрических данных, содержащихся в заголовке DICOM может также применяться для надзора за дозами облучения пациентов Если рентгенографические (кВ, мA, время, расстояния, фильтры, размер поля и т.д.) и дозиметрические данные (входная доза, произведение дозы на площадь и т.д.) записаны в заголовке DICOM, то может быть проведён дозиметрический анализ

IAEA 20: Цифровая радиология53 Контрольные уровни В цифровой радиологии оценка доз облучения пациента должна проводиться чаще, чем в обычной Легче улучшить качество изображения Неизвестна частота использования высоких доз Переоценка контрольных уровней рекоменду- ется при внедрении новых методов, чтобы продемонстрировать степень оптимизации системы и установить базовые величины для оценки облучения пациентов в будущем

IAEA 20: Цифровая радиология54 Контроль качества после монтажа оборудования Первый экспериментальный подход может быть следующим: Получить снимки тест-обекта при разных условиях, измеряя соответствующие дозы Достичь наилучшего компромисса между качеством изображения и дозой облучения пациента

IAEA 20: Цифровая радиология55 TOR(CDR) плюс ANSI фантомы для моделирования исследования грудной клетки и брюшной полости и оценки качества изображения Приёмы оптимизации

IAEA 20: Цифровая радиология56 Приёмы оптимизации при исследова- нии брюшной полости Симуляция с TOR(CDR) + ANSI фантомом 81 kVp, 100 cм (расстояние фокус-плёнка) 1.6 мГр

IAEA 20: Цифровая радиология57 Приёмы оптимизации при исследова- нии грудной клетки Симуляция с TOR(CDR) + ANSI фантомом 125 kVp, 180 cм (расстояние фокус-плёнка) * Отсеивающая решётка сфокусирована на 130 cм 0,25 мГр

IAEA 20: Цифровая радиология58 Сравнение качества изображений

IAEA 20: Цифровая радиология59 Не изменяются при переходе к КР Оценка дозы облучения пациента Уставки генератора высокого напряжения (кроме АРЭ) Изменяются при переходе к КР Оценка качества изобр. с тест-объектом Оценка качества изобр. по клин. критериям Приёмник излучения Автоматическая проявочная машина Обработка изображений Программа рутинного контроля качества

IAEA 20: Цифровая радиология60 В наличии TOR(CDR) тест Фотометр Денситометр Дозиметры Нужен Тест-объект для оценки качества КР изображений SMPTE тест Фотометр карандашного типа Инструмент для контроля качества

IAEA 20: Цифровая радиология61 Большой Тест объект Монитор для оценки КР Маленький Анализ брака Комбинация экран-плёнка, тёмные комнаты,... Объём работы при КР

IAEA 20: Цифровая радиология62 Резюме Для использования преимуществ цифровой радиологии необходимо обучение Качество изображения и диагностическая ин- формация тесно связаны с дозой облучения пациента Передача, архивация и восстановление изо- бражений может также влиять на объём работы и дозы облучения пациентов Программа обеспечения качества особенно важна для цифровой радиологии из-за риска переоблучения пациента

IAEA 20: Цифровая радиология63 Где получить информацию (1) Balter S. Interventional fluoroscopy. Physics, technology and safety. Wiley- Liss, New York, Radiation Protection Dosimetry. Vol 94 No 1-2 (2001). Dose and image quality in digital imaging and interventional radiology (DIMOND) Workshop held in Dublin, Ireland. June ICRP draft on Dose Management in Digital Radiology. Expected for 2003.

IAEA 20: Цифровая радиология64 Где получить информацию (2) Practical Digital Imaging and PACS. Seibert JA, Filipow LJ, Andriole KP, Editors. Medical Physics Monograph No. 25. AAPM 1999 Summer School Proceedings. PACS. Basic Principles and Applications. Huang HK. Wiley – Liss, New York, Vañó E, Fernandez JM, Gracia A, Guibelalde E, Gonzalez L. Routine Quality Control in Digital versus Analog Radiology. Physica Medica 1999; XV(4):

IAEA 20: Цифровая радиология65 Где получить информацию (3) xr/education/dig_xray_intro.html (last access 22 August 2002). xr/education/dig_xray_intro.html (last access 22 August 2002).