Projektionsradiographie%20mit%20digitalen%20Bildempf

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Projektionsradiographie mit digitalen
Bildempfängern Optimierung von Bildqualität und
Dosis
Optimierung
Bildqualität
Dosis

• Dr.in Nadia Oberhofer
• Betrieblicher Dienst für medizinisch
  Strahlenphysik
• Südtiroler Sanitätsbetrieb, Bezirk Bozen,
  Krankenhaus
• Tel. [phone]
• email nadia.oberhofer_at_asbz.it
• Leiter Dr. E. Moroder

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Übersicht

• Unterschiede Film-Folien-System / digitale
  Systeme
• Digitale Systeme
• Funktionsweise CR
• Funktionsweise DR
• Rx-Röhrenemission / Rx-Detektorabsorption
• Optimierung bei digitalen Systemen
• Dosisbegriffe
• Bildqualität

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Vergleich analoge / digitale Systeme

• Analoges Film-Folien-System
• Film muss alle 3 Aufgaben erfüllen ? Kompromiss

FILM
Bildempfänger
Bilddarstellung
Archivierung
Detektor/SF
Monitor
PACS
Digitales System 3 getrennte Medien ? jedes
optimiert
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Belichtungskennlinien analoge/digitale Systeme

• Analoges Film-Folien-System (FFS)
• hat sehr engen optimalen Belichtungsbereich
• flacht bei niedriger Belichtung ab ?
  Unterbelichtung
• geht bei hoher Belichtung in Sättigung ?
  Überbelichtung
• Digitale Bildempfänger
• lineare Kennlinie
• großen dynamischen Bereich (103-104)
• kaum Über-/Unterbelichtungen

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Film-Folien-System (FFS)
Digitales System

• Bild auf Film ändert sich mit Belichtungsmenge
• Nützlicher Belichtungsbereich begrenzt
• 2 Bindungen ? Filmschwärzung
• ? Kontrast

• Bild am Monitor ändert sich nicht
• mit Belichtungsmenge
• Veränderbare Fensterung (WW, WL)
• ermöglicht automatische Konstrast- und
• Grauwertanpassung

Syllabus 2003, J.A. Seibert
½ E E 2E
½ E E 2E
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(No Transcript)
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Wie funktionieren Speicherfolien?
Laser
Trap
Fluoreszenz

• Digitale Lumineszenzradiografie (Computed
  Radiography, CR)
• Speicherfolie besteht aus kristalliner Schicht
  von Halogenidverbindungen ähnlich wie
  Verstärkerfolien
• Ein Teil der absorbierten Röntgenstrahlung wird
  in metastabilen Energieniveaus (Traps)
  gespeichert.
• Das Abtasten mit einem Laser bringt die
  gefangenen Elektronen punktweise zur Fluoreszenz
  (Abbildung rechts),wobei die Leuchtintensität
  proportional zur Zahl der absorbierten
  Röntgenquanten ist

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CR Technologie Speicherfolie
Herkömmliche Speicherfolie
Neuartige Speicherfolie

• Strukturiertes Phosphor CsBrEu2
• Wirkung Lichtführung
• Reduzierte Streuung des stimulierenden Lasers ?
  dicker Schicht möglich 600 mm
• Höhere Phosphordichte
• ? höhere Effizienz
• ? höhere Auflösung

• Phosphorpulverförmig
• Diffusion des Laserlichts
• Phosphor BaFBEu2 Schichdicke begrenzt 230 mm
  normal
• (140 mm für HR)

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CR Technologie Digitizer
Tradizionell flying spot single reading (Agfa
CR75, CR85)

• Richtung Sub-scan Laser tastet
• Folie Punkt für Punkt ab
• Abtastgeschwindigkeit durch
• afterglow begrenzt (43 x 43 40s)
• Fixes Faseroptiksystem sammelt Licht
• Richtung Scan Folie wird mit konstanter
  Geschwindigkeit transportiert
• Abtastfrequenz ( Ortsauflösung) veränderbar
  (normal 100 µm, HR 50 µm)
• Nachträgliches Löschen mit starker Lichtquelle
  (erase) notwendig um Restinformation
  auszulöschen

Auslesen langsam
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CR Technologie Digitizer
flying spot double reading (Fuji)

• Transparente Trägerschicht
• Doppeltes System zum beidseitigen Auffangen des
  Lichts

• Höhere Effizienz 60
• ermöglicht dünnere Phosphorschichten (170 µm) ?
• gt Ortsauflösung, in Mammographie
• bei gleicher Dicke (340 µm) ?
• lt Dosis, in Pädiatrie

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CR Technologie Digitizer
Neu line scanning (Agfa DX-S)

• Richtung Sub-scan Abtasten einer ganzen Zeile
  (Stimulation mit Laserzeile)
• Licht eingesammelt durch CCD
• Richtung Scan Speicherfolie fix, Scanning Head
  bewegt sich

• schneller
• einfachere Mechanik, kompakt
• kann in Röntgengeräte eingebaut werden

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CR esempi apparecchi innovativi
Agfa CR 30-X tradizionale table top, 100 µm
Fuji Profect Lettura dual side Flying point, 50 µm
Fuji Clear View Lettura dual side Line scanning,
50 µm
Fuji FCR Velocity Lettura single/dual side Line
scanning, 100 µm

• Agfa DX-S
• Fosfori strutturati
• Line scanning, 50 µm

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DR - Flachdetektoren

• Signalumwandlung in 2 Schritten
• Umwandlung Rx in elektrisches Signal
• direkte oder indirekte Konversion
• Auslesen elektrisches Signal

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DR Flachdetektoren Schritt 2 Auslesen

• Auslesen elektrisches Signal
• Pixelmatrix aus amorphem Silizium
• (a-SiH), (ev. Photodioden) und
  Schalttransistoren (Thin Film Transistor,TFT) in
  Dünnfilmtechnik
• Amorphes Silizium wird als dünne Schicht
• (5-9 µm) aus einer Silan (SiH4)-Gas-Atmosphäre
  auf eine Glasplatte abgeschieden, dann (ev.
  Photodioden und) TFT lithographisch aufgebracht.
• Pixelgröße festgelegt, heute meist ca.
• 150 µm bei Photodioden ohne Photodiode auch
  kleiner

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DR Schritt 1 Indirekte Konversion

• Vorgeschaltete Fluoreszenzschicht
• Braucht hohe Lichtausbeute, meist mit Thallium
  dotiertes Cäsiumjodid (CsITl)
• Durch Aufdampfen entstehen kristalline Nadeln auf
  einem röntgendurchlässigen Träger. Diese werden
  (mit dem Träger nach oben) auf die a-Si-Matrix
  gelegt
• Die Nadelstruktur leitet das Fluoreszenzlicht wie
  parallele Lichtleiter zur a-Si-Photodiode.
  Dadurch bleibt die Ortsinformation weitgehend
  erhalten.

• Sehr effizient (Z 33, 35)
• schnelles Auslesen, dynamische Anwendungen

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DR - Schritt 1 Direkte Konversion

• a-Si-Matrix aus TFT-Schaltern mit einem
  Photohalbleiter aus amorphem Selen (a-Se)
  beschichtet.
• bei Bestrahlung entsteht direkt Ladung
  (Elektron-Loch-Paare)
• Starkes elektrisches Feld

• sehr hohe Ortsauflösung
• Z 14, über 60 keV weniger effizient
• langsam (Löschzyklus), keine dynamischen
  Anwendungen
• sehr Temperatur empfindlich

• Da Kalender 2007

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Vergleich Eigenschaften FFS/digitale Systeme
Parameter FFS CR DR DR
Parameter FFS CR indirekt (CsI) direkt (a-Se)
Ortsauflösung -
Zeitaufwand - -
Dosiseffizienz - ()
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DR wireless Bildempfänger

• Derzeit aus Gd2O2S, Substrat nicht steif
• ca. 3-4 Kg
• Kann wie eine Kassette für besondere
  Untersuchungen verwendet werden (z.B. unter
  Belastung)
• Kombiniert mit Standgeräten oder mobilen Geräten

Siemens Ysio wi-D
GE Brivo DR-F
Philips
Carestream
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DR- Durchleuchtung

• Derzeit nur indirekt mit CsI

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CR/DR nuove problematiche pratiche
Absorptionseigenschaften digitale Detektoren

• Digitale Bildempfänger haben eine andere
  Energieantwortkurve im Vergleich zu FFS

FFS CR DR DR
(Gd2O2S) (BaFBr) CsI a-Se
Kantenabsorption (Photoeffekt) 50 keV 40 keV 37 keV 14 keV
Rx-Emissionsspektrum muss angepasst werden
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Einfluss Rx-Spektrum

• Rx-Spektrum besteht aus 2 Komponenten
• Charakteristische Strahlung
• Bremsstrahlung
• Das Rx-Spektrum wird beeinflusst durch
• Hochspannung (kV)
• Anode
• Zusatzfilterung

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Rx-Spektrum Einfluss kV
140 80
Bremsstrahlung und charakteristische Strahlung
für eine Röntgenröhre mit Wolfram-Anode bei 80,
100, 120, and 140 kVp Röhrenspannung und gleichem
Anodenstrom.
kV verändern Spektrum Intensität nimmt mit kV zu
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Rx-Spektrum Einfluss Anode/Filter

• Anode verändert Spektrum
• bestimmt charakteristische Strahlung

• Filter verändern Spektrum
• Kupfer monochromatisiert

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Wirkung Zusatzfilterung

• absorbiert niederenergetische Photonen ? mittl.
  Energie gt
• reduziert Intensität
• charakteristische Strahlung unverändert
  (anoden-spezifisch)

mit Al-Filter
ohne Al-Filter
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Übersicht

• Unterschiede Film-Folien-System / digitale
  Systeme
• Digitale Systeme
• Funktionsweise CR
• Funktionsweise DR
• Rx-Röhrenemission / Rx-Detektorabsorption
• Optimierung bei digitalen Systemen
• Dosisbegriffe
• Bildqualität

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Dosis welche?
Dosis Indikator für Energiemenge, die durch
ionisierende Strahlung abgelagert wird. Es gibt
verschiedene Definitionen.
E1
E2
E3
Bildempfänderdosis
1 g
Absorbierte Dosis D - Gy
1J/g(Gray) Abgelagerte Energie/Masseneinheit.
Beispiel E1 E2 E3
Hauteintrittsdosis - Gy
1J/g(Gray) Abgelagerte Energie in 1 g äußerer
Hautschicht, inkl. Rückstrahlung
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Dosis welche?
Äquivalenzdosis H D Faktor Strahlenqualität
Für Rx FSQ 1 ? H D Sv 1J/g
(Sievert) Biologische Wirkung
Im Strahlenschutz zum Erfassen des
gesundheitlichen Risikos Definiert mittleres
Risiko auf den ganzen Körper bezogen
berücksichtigt ? Strahlenart (X o
Radiaktivität) ? Strahlenempfindlichkeit
einzelner Organe Berücksichtigt nicht
individuelle Faktoren (Alter,Geschlecht,
Gesundheit) Ermöglicht den Vergleich der
Strahlenexposition zwischen verschiedenen
Untersuchungsmodalitäten (Projektion, CT).
Effektivdosis E H Faktor Organ Sv
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Dosisangabe in digitalen Systemen

• Software stellt alle digitalen Aufnahmen mit
• gleichem Grauwert und gleichem Kontrast
• dar, fast unabhängig von der Exposition.
• ? kein unmittelbares, visuelles Feed-Back
• Software liefert Dosisindex.
• SAL, lgm, EI (Exposure Index)
• Je nach Firma verschieden.
• Achtung kein absolutes Maß für die Dosis, wird
  von Aufnahmetechnik beeinflusst.

Syllabus 2003, J.A. Seibert
½ E E 2E
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Dosisindex

• Numerischer Wert, kennzeichnet Bildempfängerdosis
• Steht im Zusammenhang mit einfallender
  Strahlenmenge
• Jede Firma hat eigene Rechenmethode
• Bemühungen zur Vereinheitlichungen im Gange

lgM ist logarithmisch 0,3 lgM doppelte Dosis
EXI-Wert ist linear 2EXI doppete Dosis
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Dosis hängt ab von.kV
RADIOGRAFIA - RÖNTGENAUFNAHME RADIOGRAFIA - RÖNTGENAUFNAHME RADIOGRAFIA - RÖNTGENAUFNAHME      
DOSE - DOSIS in µGy / mAs DOSE - DOSIS in µGy / mAs DOSE - DOSIS in µGy / mAs DOSE - DOSIS in µGy / mAs DOSE - DOSIS in µGy / mAs DOSE - DOSIS in µGy / mAs
Distanza fuoco - cute Fokus - Haut Abstand Distanza fuoco - cute Fokus - Haut Abstand Distanza fuoco - cute Fokus - Haut Abstand Distanza fuoco - cute Fokus - Haut Abstand Distanza fuoco - cute Fokus - Haut Abstand Distanza fuoco - cute Fokus - Haut Abstand
kV 80 cm 100 cm 120 cm 140 cm 160 cm 180 cm
50 29 19 13 10 7 6
60 46 29 20 15 11 9
70 65 42 29 21 16 13
81 87 56 39 28 22 17
90 106 68 47 35 27 21
100 129 83 57 42 32 26
109 151 97 67 49 38 30
121 184 117 82 60 46 36
133 218 140 97 71 54 43
bei gleichen mAs steigt die Eintrittsdosis mit
zunehmenden kV
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Dosis hängt ab von.Röhrenausbeute
bei gleichen mAs hängt die Eintrittsdosis von der
Röhrenausbeute ab
32
Dosis hängt ab von.Filterung
bei gleichen mAs nimmt die Eintrittsdosis mit
zunehmender Filterung ab
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Bildqualität hängt ab von .?

• Bei radiologischen Bildern
• Erkennbarkeit von Details hängt vom Kontrast des
• Details im Vergleich zum Hintergrund ab.
• Die Größe
• ist ein einfacher (relativer) Messparameter für
  die Bildqualität.

Contrast Noise Ratio Kontrast/Rauschen-Verhältni
s
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Bewertung Bildqualität CNR
Contrast Noise Ratio Kontrast/Rauschen-Verhältni
s Phantom 25 cm x 25 cm homogene
Plexiglasplatten unterschiedlicher Dicke (13 cm
für Thorax, 16 für Abdomen) mit 1.5 cm x 1.5 cm
Aluminiumfilter als Kontrastdetail MPV
mittlerer Pixelwert SD Standardabweichung ROI
Filter, 1.5 mm Al BKG Hintergrund
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Die Effektivdosis hängt ab von .
bei gleichbleibender Effektivdosis nimmt mit
zunehmenden kV die Bildqualität (CNR) ab
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Die Effektivdosis hängt ab von .
bei gleicher Bildqualität nimmt mit zunehmenden
kV die notwendige Effektivdosis zu
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Digitale Systeme Vorschlag zur Optimierung
In Geräten mit digitalem Bildempfänger könnte bei
Thorax- und Abdomenuntersuchungen eine
Reduzierung der herkömmlichen Hochspannung eine
Dosisersparnis bringen. Achtung
Expositionszeiten Durchdringung muss sein!
Sonst Rauschen! Andere Möglichkeit
Zusatzfilterung
Protokolle an klinische Fragestellung
angepasst Optimierung in digitaler Radiographie
so wenig Dosis wie zur Abklärung der klinischen
Fragestellung notwendig
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Dosis und Bildqualität

• Bildqualität wird bestimmt durch
• Auflösung
• Kontrast/Rauschen-Verhältnis

Dosis?
Dosis?
Dosis?
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Dosis Hoch-Kontrast-Auflösung
Dosis hat auf Hoch-Kontrast-Auflösung keinen
Einfluss
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Dosis Nieder-Kontrast-Auflösung
Dosis hat auf Nieder-Kontrast-Auflösung Einfluss
41
Danke!
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Film-Screen (FS)
Digital System

• useful exposure range
• is limited
• Image on film
• changes with
• dose
• 2 costraints
• get correct film blackening ? dose control
• get correct contrast on image ? radiation quality
  control
• good image ? correct expos.

• Image on monitor
• does not change
• variable window settings (WW, WL) allow
  automatic gray level and contrast adjustment
• no immediate feedback on dose

• linear response over 104
• Soft-copy visualization

½ E E 2E
½ E E 2E
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Bildqualität hängt ab vonkV
bei gleicher Effektivdosis nimmt die Bildqualität
(CNR) mit zunehmenden kV ab
bei gleicher Bildqualität nimmt die notwendige
Effetkivdosis mit zunehmenden kV zu

• cc

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(No Transcript)