ZÁVISLOST KVALITY OBRAZU NA KOLIMACI. Martin Homola odd: LFRO

Transkript

1 ZÁVISLOST KVALITY OBRAZU NA KOLIMACI Martin Homola odd: LFRO

2 Praktické srovnání Ls páteř Pokud budeme porovnávat vycloněný a nevycloněný bočný snímek bederní páteře, je na první pohled patrné, že vycloněnýsnímek vypadá podstatně lépe. Vedle správného nastavení expozičních hodnot, které jsou pro akvizici snímku rozhodující, je kolimace jedním z důležitých faktorů ovlivňujících kontrast ve zobrazení. OTÁZKA: Má správná kolimace vliv na diagnostickou výtěžnost snímku?

3 CELKOVÝ KONTRAST = rozdíl ve stupni zčernání mezi nejsvětlejšími a nejtmavšími místy celého snímku KONTRAST DETAILU = rozdíl ve stupni zčernání mezi dvěma sousedními místy snímku OBJEKTIVNÍ KONTRAST = fyzikálně měřitelný SUBJEKTIVNÍ KONTRAST = fyziologický v nativním skiagrafickém zobrazení lze rozlišit čtyři základní stupně kontrastu Kontrast snímku

4 Rozptýlené záření po vstupu rentgenového svazku do objektu, interaguje velká část fotonů s hmotou objektu Comptonovým rozptylem dochází k emisi rozptýleného záření u skiagrafických a skiaskopických vyšetření, větší část rentgenového svazku opouští tělo pacienta ve formě rozptýleného záření část rozptýleného záření vychází z objektu všemi směry, část rozptýleného záření opustí objekt obecně ve stejném směru jako primární svazek a dopadá na receptor obrazu výsledkem je výrazné snížení kontrastu snímku stupeň ztráty kontrastu závisí (kromě dalších faktorů) na množství rozptýleného záření, které vzniká v objektu Perry Sprawls, Ph.D. Physical Principles of Medical Imaging Online, Resources for Learning and Teaching

5 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE Kromě použití sekundárních clon, případně air-gap techniky je přesná kolimace oblasti zájmu významným faktorem pro snížení množství rozptýleného záření. Perry Sprawls, Ph.D. Physical Principles of Medical Imaging Online, Resources for Learning and Teaching

6 Zachrání to postprocessing???? omezenou kvalitu obrazu lze jistě dohnat postprocessingovouúpravou snímku při použití změny kontrastu a jasu (windowslevel/ widowscenter) provádíme úpravu rozsahu histogramu vzhledem k tomu, že při této úpravě stále vycházíme z akvizičních RAW dat snímku je možná úprava snímku jen v rozmezí uložených dat data která nemáme nemůžeme zobrazit použití elektronických clon (ořezání snímku v digitizéru) nemá vliv ani snížení dávky IZ na pacienta, ani na kvalitu zobrazení, jedná se pouze o kosmetickou úpravu snímku a snahu zamaskovat nekvalitní práci RA

7 Zachrání to postprocessing???? primární kolimace = cca 449 cm 2 elektronická kolimace = cca 221 cm 2 rozdíl = 225 cm 2 => více než 50% Z profesního hlediska tento postup nelze rozhodně považovat za správnou praxi!!!! Na každém skiagrafickém snímku by měl být vidět okraj primární clony.

8 Histogram - princip počet pixelů ve zobrazení histogram = grafické zobrazení počtu pixelůdaného stupně šedi v celém obrazu nebo jeho části

9 Histogram

10 Úprava histogramu široký histogram znamená vyšší kontrast úzký histogram méně kontrastu v zobrazení

11 Úprava histogramu nekolimovaný snímek kolimovaný snímek nekolimovaný snímek kolimovaný snímek široký rozsah histogramu = vyšší kontrast zobrazení úzký rozsah histogramu = nižší kontrast zobrazení

12 Úprava histogramu Pixel Value (PV) a Standard deviation (Sd) PV jedná se o pojem, který vypovídá o odezvě detektoru obrazu na expozici ionizujícím zářením (analogický s optickou hustotou OD používané u systémů fólie film) vyjadřuje průměrný stupeň zčernání jednotlivých pixelůve vybrané oblasti hodnota slouží k praktickému posouzení změn, které nastávají při změnách expozičních parametrů Sd Standard deviation(standardní odchylka) vyjadřuje standardní odchylku od PV ve vybrané oblasti hodnota v praxi slouží k vyjádření stupně šumu ve zobrazení

13 Úprava histogramu

14 Úprava histogramu

15 Úprava histogramu WL před úpravou W Center před úpravou PV před úpravou Sdpřed úpravou WL po úpravě W Center po úpravě PV po úpravě Sdpo úpravě 22765, , , , ,814 56, ,814 56, ,474 34, ,474 34,065 Z tabulky vyplývá: a) postprocessingová úprava jasu a kontrastu (Windows level a windows center) pracuje pouze s daty, které máme k dispozici, na odezvu detektoru (PV) a množství šumu (Sd) úprava histogramu nemá vliv b) změny PV a Sd jsou přímo závislé na expozičních parametrech nastavených na RTG přístroji do těchto parametrů spadá i pečlivá kolimace snímku

16 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE u digitálních receptorů obrazu se nedefinuje radiografický kontrast nelze jednoduše definovat ani kontrast zobrazení na monitoru pomocí rozdílu digitálních čísel sousedících pixelů, protože pro daný obraz se tento rozdíl bude měnit vzávislosti na použitém typu zpracování obrazu vdigitálních aplikacích se proto používá poměr kontrastu a šumu, CNR(contrast to noise ratio) vysoká hodnota CNR znamená vyšší kvalitu snímku vzhledem k posouzení kontrastu Pv o = pixel valueobjekt Pv p = pixel valuepozadí Sd o = standardní odchylka objekt Sd p = standardní odchylka pozadí

17 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE Velikost CNR v závislosti na kolimaci metoda posouzení velkosti CNR spočívá ve zobrazení kontrastního klínu v prvním případě byly clony kolimačního systému rozevřeny v druhém případě došlo ke stažení clon na oblast zájmu u obou snímků byly změřeny hodnoty PV a Sd pomocí čtvercové ROI měřeno bylo šedé pozadí snímku a jednotlivé pole kontrastního klínu naměřené hodnoty byly dosazeny do výše uvedeného vzorce a výsledky vyjádřeny v grafu

18 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE

19 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE CNR -fantom 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 CNR 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 KP 1 KP2 KP3 KP4 KP5 KP6 KP7 KP8 KP9 KP 1 KP2 KP3 KP4 KP5 KP6 KP7 KP8 KP9 CNR nevyc 15,36 16,06 14,74 13,05 11,63 10,68 10,17 9,83 9,16 CNR vyc 19,37 16,96 15,27 13,57 12,50 11,89 11,30 11,26 11,26

20 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE Šum obrazu šum vnáší do obrazu náhodnou složku, nesouvisející se zobrazovaným objektem a zvyšuje nebo snižuje detekovatelný signál díky důsledné kolimaci lze významně zvýšit signál snímku a potlačit jeho šum v digitálním zobrazení je výše šumu určena hodnotou standardní odchylky Sd => čím vyšší je hodnota Sd tím vyšší je šum zobrazení a kvalita zobrazení klesá SNR signalto noiseratio (poměr signálu k velikosti šumu) je vyjádřen podílem hodnoty PV a Sd čím vyšší je hodnota SNR tím je vyšší kvalita zobrazení ve skiagrafickém zobrazení považujeme snímek s hodnotou SNR < 5 za nepoužitelný

21 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE hladina šumu - fantom 20,00 Standard deviation(standardní odchylka) - šum 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 KP 1 KP2 KP3 KP4 KP5 KP6 KP7 KP8 KP9 KP 1 KP2 KP3 KP4 KP5 KP6 KP7 KP8 KP9 šum vycloněno 15,13 15,11 14,25 14,13 13,29 12,87 12,94 13,02 13,72 šum nevycloněno 19,53 17,66 17,39 16,78 16,53 16,12 15,68 15,41 15,13

22 VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE 170,00 160,00 150,00 140,00 130,00 120,00 110,00 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 SNR SNR clony-fantom KP 1 KP2 KP3 KP4 KP5 KP6 KP7 KP8 KP9 KP 1 KP2 KP3 KP4 KP5 KP6 KP7 KP8 KP9 SNR nevyc 85,26 93,97 94,12 95,71 95,76 97,17 99,26 100,59 101,72 SNR vyc 144,28 142,51 149,10 148,90 156,90 161,27 159,94 158,96 151,20

23 Kolimace hodnocená v praxi na následujících snímcích jsou zobrazeny dva laterální snímky kolene jednoho pacienta kdy snímek vlevo je více kolimován => ozářená plocha menší expoziční hodnoty u obou snímků byly shodné 53kV; 5mAs; SID = 100 cm v šesti ROI umístěných do různých absorpčních prostředí jsme zaznamenali hodnoty PV (Pixel Value) a Sd(standard deviation) následně jsme hodnotili v jednotlivých bodech hladinu šumu, vypočetli SNR (signalto noiseratio) a CNR (cotrastto noiseratio) poměr byl vztažen k ROI umístěné do místa s maximální odezvou detektoru ( optické hustoty ) sledovali jsme rozdíl v hodnotě šumu Sdpro jednotlivě měřené body u více kolimovaného snímku byla ve všech bodech hladina šumu nižší rozdíl jsme zaznamenali i po výpočtu SNR, kdy čím je SNR vyšší tím je snímek kvalitnější rozdíl můžeme sledovat i ve změřeném CNR, kdy čím je CNR vyšší tím je snímek kontrastnější

24 Kolimace hodnocená v praxi Plocha ozářeného snímku vlevo je menší přibližně o 32,5 %

25 Kolimace hodnocená v praxi ŠUM směrodatná odchylka PV (šum) 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 femur diafýza tibie patella fibula femur epifýza měkké tkáně šum vycloněno šum nevycloněno femur diafýza tibie patella fibula femur epifýza měkké tkáně šum vycloněno 287,30 287,52 442,48 298,72 415,51 222,31 šum nevycloněno 323,04 355,61 476,45 424,47 613,26 307,02

26 Kolimace hodnocená v praxi 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 SNR 50,00 SNR 40,00 30,00 SNR vyc SNR nevyc 20,00 10,00 0,00 femur diafýza tibie patella fibula femur epifýza měkké tkáně femur diafýza tibie patella fibula femur epifýza měkké tkáně SNR vyc 62,85 69,23 44,06 67,37 42,53 92,26 SNR nevyc 50,33 52,04 39,75 42,96 24,73 59,98

27 Kolimace hodnocená v praxi 80,00 CNR 70,00 60,00 50,00 CNR 40,00 30,00 20,00 CNR nevyc CNR vyc 10,00 0,00 femur diafýza tibie patella fibula femur epifýza měkké tkáně femur diafýza tibie patella fibula femur epifýza měkké tkáně CNR nevyc 45,76 57,91 68,48 62,92 66,56 52,29 CNR vyc 72,31 76,42 78,35 77,09 74,18 76,80

28 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř

29 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř Test s nulovým výsledkem vzhledem ke srovnatelné velikosti polí (35x35) a (18x24) + (24 x 30) viz. tabulka, vyšly naměřené hodnoty KAP takřka stejné je tedy na radiologickém asistentovi jakou metodu vzhledem k dané situaci zvolí námětem do diskuze jsou geometrické parametry zobrazených snímků a kvalita snímků vzhledem k velikosti ozářeného pole, srovnání CNR; SNR; PV; Sd

30 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř SROVNÁNÍ TECHNIK snímek KAP (mgy*cm 2 ) pole (cm 2 ) dopadová dávka (μgy) Efektivní dávka (msv) lebka lat. 199, ,01 Cp. lat 67, ,01 součet ,02 lebka + Cp 251, ,02

31 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř

32 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř SROVNÁNÍ TECHNIK snímek pole(cm 2 ) CNR Ø SNR Ø ŠUM Ø lebka lat. Cp. lat ,8 13,51 209, ,51 9,42 262,36 součet 1308 / / / lebka + Cp ,83 11,27 276,64 109,2 8,00 337,47

33 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř 400,00 směrodatná odchylka PV (šum) 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 kalva mandibula zadní jáma lební C2 C4 C7 kalva mandibula zadní jáma lební C2 C4 C7 šum vycloněno 128,05 324,51 174,74 278,87 293,81 214,40 šum nevycloněno 137,59 352,44 339,89 340,75 386,84 284,81 šum vycloněno šum nevycloněno

34 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř 130,00 125,00 120,00 115,00 CNR 110,00 105,00 100,00 95,00 90,00 kalva mandibula zadní jáma lební C2 C4 C7 kalva mandibula zadní jáma lební C2 C4 C7 CNR nevyc 123,54 105,09 109,85 109,31 107,79 110,51 CNR vyc 125,40 107,13 111,85 110,00 109,16 112,38 CNR nevyc CNR vyc

35 Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř 25,00 20,00 15,00 SNR 10,00 5,00 0,00 kalva mandibula zadní jáma lební C2 C4 C7 kalva mandibula zadní jáma lební C2 C4 C7 SNR vyc 22,26 6,74 11,53 8,90 8,21 11,14 SNR nevyc 20,37 5,00 8,42 8,03 6,79 9,18 SNR vyc SNR nevyc

36 Závěr Kolimace snímku je jedním z faktorů ovlivňující kvalitu diagnostické informace obsažené ve skiagrafických zobrazeních. Použití postprocessingu v digitalizovaném provozu může částečně napravit chyby při akvizici snímku, ale správné nastavení akvizičních parametrů snímku je pro jeho kvalitu nenahraditelné. Protože kde nic není ani čert nebere.