ZÁVISLOST KVALITY OBRAZU NA KOLIMACI Martin Homola odd: LFRO
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?
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
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 http://www.sprawls.org/resources
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 http://www.sprawls.org/resources
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
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.
Histogram - princip 1 2 2 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 13 13 13 14 14 15 15 počet pixelů ve zobrazení 100 96 92 88 84 80 76 72 68 64 60 56 52 48 44 40 36 32 28 24 20 16 12 8 4 0 histogram = grafické zobrazení počtu pixelůdaného stupně šedi v celém obrazu nebo jeho části 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 121314 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Histogram
Úprava histogramu široký histogram znamená vyšší kontrast úzký histogram méně kontrastu v zobrazení
Úprava histogramu nekolimovaný snímek kolimovaný snímek nekolimovaný snímek kolimovaný snímek široký rozsah histogramu = vyšší kontrast zobrazení úzký rozsah histogramu = nižší kontrast zobrazení
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
Úprava histogramu
Úprava histogramu
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 22765,841 131,918 22765,841 131,918 7291 22711 23284,814 56,865 1814 22968 23284,814 56,865 2355,474 34,065 2355,474 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
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
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
VÝZNAM SPRÁVNÉ KOLIMACE
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
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
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
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
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
Kolimace hodnocená v praxi Plocha ozářeného snímku vlevo je menší přibližně o 32,5 %
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
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
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
Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř
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
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. 199,40 720 272 0,01 Cp. lat 67,20 432 150 0,01 součet 267 1152 230 0,02 lebka + Cp 251,6 1225 204 0,02
Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř
Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř SROVNÁNÍ TECHNIK snímek pole(cm 2 ) CNR Ø SNR Ø ŠUM Ø lebka lat. Cp. lat 759 114,8 13,51 209,10 549 110,51 9,42 262,36 součet 1308 / / / lebka + Cp 1529 112,83 11,27 276,64 109,2 8,00 337,47
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
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
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
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.