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 vycloněný snímek 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?
Kontrast 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
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“ postprocessingovou úpravou snímku • při použití změny kontrastu a jasu (windows level / widows center) 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 cm2 elektronická kolimace = cca 221 cm2 rozdíl = 225 cm2 => 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.
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
Histogram - princip 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 pixelů daného stupně šedi v celém obrazu nebo jeho části
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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
široký rozsah histogramu = vyšší kontrast zobrazení
nekolimovaný snímek
kolimovaný snímek
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 pixelů ve 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
7291
W Center před úpravou
22711
PV před úpravou
Sd před úpravou
22765,841
131,918
23284,814
56,865
2355,474
34,065
WL po úpravě
1814
W Center po úpravě
22968
PV po úpravě
Sd po úpravě
22765,841
131,918
23284,814
56,865
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 v závislosti na použitém typu zpracování obrazu v digitálních aplikacích se proto používá poměr kontrastu a šumu, CNR (contrast to noise ratio) vysoká hodnota CNR znamená vyšší kvalitu snímku vzhledem k posouzení kontrastu
Pvo = pixel value objekt Pvp = pixel value pozadí Sdo = standardní odchylka objekt Sdp = 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 CNR
15,00
14,00
13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 KP 1
KP2
KP3
KP4
KP5
KP6
KP7
KP8
KP9
CNR nevyc
KP 1 15,36
KP2 16,06
KP3 14,74
KP4 13,05
KP5 11,63
KP6 10,68
KP7 10,17
KP8 9,83
KP9 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 • signal to noise ratio (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
Standard deviation (standardní odchylka) - šum
hladina šumu - fantom 20,00
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
šum vycloněno
KP 1 15,13
KP2 15,11
KP3 14,25
KP4 14,13
KP5 13,29
KP6 12,87
KP7 12,94
KP8 13,02
KP9 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 SNR clony - fantom
SNR
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 KP 1
KP2
KP3
KP4
KP5
KP6
KP7
KP8
KP9
SNR nevyc
KP 1 85,26
KP2 93,97
KP3 94,12
KP4 95,71
KP5 95,76
KP6 97,17
KP7 99,26
KP8 100,59
KP9 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 (signal to noise ratio) a CNR (cotrast to noise ratio) poměr byl vztažen k ROI umístěné do místa s maximální odezvou detektoru („optické hustoty“) sledovali jsme rozdíl v hodnotě šumu Sd pro 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
směrodatná odchylka PV (šum)
ŠUM 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 šum vycloněno
200,00
šum nevycloněno
100,00 0,00
šum vycloněno šum nevycloněno
femur diafýza
tibie
patella
fibula
femur diafýza 287,30
tibie 287,52
patella 442,48
fibula 298,72
323,04
355,61
476,45
424,47
femur epifýza
měkké tkáně
femur epifýza měkké tkáně 415,51 222,31 613,26
307,02
Kolimace hodnocená v praxi SNR 100,00 90,00 80,00 70,00
SNR
60,00 50,00 40,00
SNR vyc
30,00
SNR nevyc
20,00 10,00 0,00 femur diafýza
SNR vyc SNR nevyc
tibie
patella
fibula
femur epifýza
měkké tkáně
femur diafýza 62,85
tibie 69,23
patella 44,06
fibula 67,37
femur epifýza 42,53
měkké tkáně 92,26
50,33
52,04
39,75
42,96
24,73
59,98
Kolimace hodnocená v praxi CNR 80,00 70,00 60,00
CNR
50,00 40,00
CNR nevyc
30,00
CNR vyc 20,00 10,00 0,00 femur diafýza
CNR nevyc CNR vyc
tibie
patella
fibula
femur epifýza
měkké tkáně
femur diafýza 45,76
tibie 57,91
patella 68,48
fibula 62,92
femur epifýza 66,56
měkké tkáně 52,29
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*cm2)
pole (cm2)
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 (cm2)
CNR Ø
SNR Ø
ŠUM Ø
lebka lat.
759
114,8
13,51
209,10
Cp. lat
549
110,51
9,42
262,36
součet
1308
/
/
/
112,83
11,27
276,64
109,2
8,00
337,47
lebka + Cp
1529
Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř směrodatná odchylka PV (šum)
400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 kalva
šum vycloněno šum nevycloněno
mandibula
kalva
mandibula
128,05 137,59
324,51 352,44
zadní jáma lební
šum vycloněno
zadní jáma lební 174,74 339,89
C2
C4
C7
C2
C4
C7
278,87 340,75
293,81 386,84
214,40 284,81
šum nevycloněno
Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř 130,00 125,00 120,00
CNR
115,00 110,00 105,00 100,00 95,00 90,00
CNR nevyc CNR vyc
kalva
mandibula
kalva
mandibula
123,54 125,40
105,09 107,13
zadní jáma lební
C2
zadní jáma lební 109,85 111,85
CNR nevyc
C4
C7
C2
C4
C7
109,31 110,00
107,79 109,16
110,51 112,38
CNR vyc
Kolimace hodnocená v praxi Lebka a krční páteř 25,00
20,00
SNR
15,00
10,00
5,00
0,00 kalva SNR vyc SNR nevyc
kalva 22,26 20,37
mandibula mandibula 6,74 5,00
zadní jáma lební zadní jáma lební 11,53 8,42
SNR vyc
C2 C2 8,90 8,03
SNR nevyc
C4 C4 8,21 6,79
C7 C7 11,14 9,18
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.“
