RÖNTGEN FİZİĞİ Dijital röntgen Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak
Dijital röntgen Dijital görüntü ve temel fizik prensipler Dijital görüntünün görülmesi Dijital gösterim kalite kontrolü Dijital görüntü artefaktları
DİJİTAL GÖRÜNTÜ Uzaysal çözünürlük (rezolüsyon) Uzaysal frekans milimetrede çizgi çifti (çç / mm) Uzaysal frekansı daha yüksek olan bir görüntüleme sisteminin uzaysal çözünürlüğü daha yüksektir Yan yana duran iki farklı yapının gösterilmesi uzaysal çözünürlük olarak tanımlanır. Birim alanda birbirinden ayırt edilebilir yapı sayısı ne kadar çoksa görüntünün uz çöz o kadar yüksektir Filmde bu değer birbirine paralel radyoopak çizgiler içeren bir fantomla elde edilen görüntülerde birim mesafede sayılabilen çizgi çiftleri (çç) ile belirlenir Konvansiyonel radyografide ortalama çözünürlük 15-20 çç / mm dir Dijital görüntülemede uz çözünürlük piksel boyutu ile sınırlıdır
Piksel boyutu Piksel Bir dijital görüntü alanının (FOV) x ve y eksenlerinde bölünmesiyle oluşan matriksin en küçük görüntü alanına piksel adı verilir Tüm dijital görüntüleme sistemlerinde olduğu gibi dijital röntgende de görüntü, birim resim elemanı olarak tanımlanan piksellerden oluşur Piksel görüntünün tek bir renk tonu taşıyan en küçük elemanıdır Dijital röntgende renk tonlaması siyahtan beyaza değişen gri bir skala kullanılarak yapılır Görüntü, pikseller ve her bir piksele ait olan rakamsal verilere uyan renk tonları ile oluşturulur
Matriks Bir dijital görüntü alanında bulunan resim elementi (piksel) sayısına matriks denir Görüntünün birbirine dik iki kenarındaki piksel sayılarının çarpımına eşittir ve 1024x1024 ya da 2048x2048 gibi bir çarpım veya bir kenardaki sayının karesi şeklinde belirtilir Görüntü kalitesini belirleyen bir faktör piksel boyutlarıdır Televizyon ya da dijital fotoğraf makinalarında olduğu gibi, bir sistemin matriks sayısı ne kadar yüksekse (yani görüntüyü oluşturan pikseller ne kadar küçükse) görüntünün kalitesi de o kadar iyidir 512x512 matriksli 50x50 mm lik bir görüntüde her piksel 0.1mm x 0.1mm boyutlarındadır. Çizgi çiftiyle ifade edilirse mm de 5 çç ne karşılık gelir
Konvansiyonel röntgen görüntüsü ve aynı görüntünün 32 x 18 matriksli dijital karşılığı
Modülasyon transfer fonksiyon (MTF) MTF, bir görüntüleme sisteminin elde ettiği sinyali uzasal frekans fonksiyonuna göre koruyabilme yeteneği olarak tanımlanabilir Bir görüntü üzerinde farklı boyutlardaki objelerin gösterimini yapabilme yeteneğidir MTF için en yüksek değer 1 dir. Bu değer Objenin olduğu gibi görüntülendiğini tanımlar Yüksek uz. Çöz. objelerin görüntülenmesi daha zordur Uzaysal frekans artıkça objeden alınan sinyalin düşmesi nedeniyle objenin aslına uygun olarak görüntüye yansımasının azalması nedeniyle MTF düşer MTF nin 0.1 e indiği noktadaki uzaysal frekans değeri o görüntüleme yönteminin çözünürlük sınırıdır Görüntüleme sistemi uzaysal çözünürlüğü % 10 MTF daki uzaysal frekanstır
Kontrast çözünürlük (rezolüsyon) Anatomik yapılardaki farklılıklar, farklı x-ışını abs nedeniyle grafide değişik tonlarda ve dansitelerde temsil edilir Farklı dansitedeki yapıların ayırt edilebilirliği kontrast çözünürlük olarak isimlendirilir Dinamik reync (Etkin erim) Bir pikselin alabileceği (görüntüleme sisteminin üretebildiği) gri renk tonu sayısıdır Bir piksel ne kadar çok renk tonu seçeneği sunabiliyorsa görüntü de o kadar kaliteli olur Bir sistemin karşılayabildiği değer aralığı genişliğine etkin erim denir Dijital radyografide etkin erimi belirleyen sistemin değişen foton şiddetlerini görüntüye dönüştürebilme kapasitesidir
Dinamik reync (Etkin erim) Dijital radyografi sistemleride ekran-film radyografisindeki gibi karakteristik bir eğri yoktur ve ekspojurla görüntünün gri skalası arasında doğrusal bir bağıntı vardır Yani düşük ya da, yüksek ekspojur dozlarında sistem fark edilebilecek gri ton ataması yapabilmektedir. Etkin erim genişliği dijital radyografi-fluoroskopi sistemlerinin konvansiyonel sisteme olan en önemli üstünlüğüdür. Postproses tüm gri tonların görülebilmesini sağlar Görüntünün hafızada kapladığı yer, matriks ve dynamic range ile doğrudan ilişkilidir.bu özellik matriks ile dynamic range birlikte verilerek belirlenmektedir. Örneğin 256 x 256 x 8 ya da 512 x 512 x 16 gibi. Röntgende kullanılan gri ton sayısı az iken BT de 2000 ayrı gri tonlama yapılır
Sinyal-gürültü oranı Gürültü DR film kullanmadığından film greni gürültü kaynağı değildir Ancak indirekt çevrim yapan DR sistemlerinde ranforsatöre eşdeğer sintilsyon kristalleri olduğundan yapısal beneklenme gürültü kaynakları arasındadır. Direkt görüntüleme sistemlerinde yapısal beneklenme gürültü kaynakları arasında değildir. DR de esas gürültü kaynağı her pikselde saptanan x- ışını fotonları sayısındaki istatistiksel dalgalanmadır (kuantum beneklenmesi) Foton sayısı azaldıkça gürültü artar. Gürültü görüntü alıcıya ulaşan doz artırılarak azaltılabilir. Fakat bu durumda hasta dozu artar Sinyalin görülebilirliği ve gürültünün büyüklüğü arasındaki bu bağlantı radyografik görüntünün kalitesini tanımlayan sinyal/gürültü oranı (SNR) olarak ifade edilir
Sinyal-gürültü oranı Gürültü Tüm dijital görüntüleme sistemlerinde farklı gürültü kaynakları vardır. Bunlar elektronik gürültü ve dijitalizasyon gürültüsüdür. Elektronik gürültü tüm elektronik aksamın görüntüde oluşturduğu bozulmadır. Dijitalizasyon gürültüsü, yüksek bit derinliği ile elde edilen görüntünün düşük bit derinliğinde bir ortamda görüntülenmesi nedeniyle oluşan gri kodlama farklılıklarıdır Ör: 10 bit derinliğinde (1024 gri ton) bir görüntü, 8 bit (256 gri tonu) derinliğinde bir ortamda gösterildiğinde her dört gri skala düzeyinden biri dört düzeyi temsil edecek ve bilgi kaybına neden olacaktır Görüntünün gürültüsü kontrast çözünürlüğü sınırlar
Kontrast detay eğrisi Görüntü detayı (uzaysal çözünürlük) sistemin MTF u tarafından belirlenir. Kontrast çözünürlük, gürütü veya sinyal gürültü oranı tarafından sınırlanır. Hasta dozu değerlendirilmesi Ekran-film radyografisinde uzaysal çözünürlük temel olarak fokal spot boyutu tarafından belirlenir Dijital görüntülemede kontrast çözünürlük dozdan bağımsız olarak korunur Dijital görüntüleme teknikleri radyografik teknikten farklı olarak ele alınmalıdır
Dedektive quantum etkinliği (DQE) MTF bir sistemde görüntü kalitesini ölçerken gürültüyü dikkate almaz Tüm gürültü kayanaklarının dikkate alınarak sistemin genel kalite performansını değerlendiren ve sistemler arsı karşılaştırma olanağı sağlayan bir ölçüt olarak DQE tanımlanmıştır. DQE ekspojura ait ilginin ne kadarının görüntü alıcısı tarafından algılandığını ve görüntüye çevirildiğini belirler Dedektive quantum etkinliği x-ışını absorbsiyon etkinliğinin bir ölçümüdür Dijital görüntüleme sistemlerinde DQE yüksek olduğu için hasta dozu düşük tutulmalıdır. Saçılan x-ışın demeti primer x-ışın demetinden daha az enerjiye sahiptir
Dijital görüntünün görülmesi Fotometrik kantiteler Gözün yanıtı Temel fotometrik birim lümen dir Cosine Kuralı 2 temel kural vardır. 1.Lümen olarak intensite kaynaktan uzaklığın karesi ile ters orantılıdır 2.Bir dijital görüntüleme sistemi ile en iyi görme karşıdan bakılarak olur 3.Karşıdan bakarken lümen olarak şiddeti maksimumken açılı bakıldığında kontrast ve lümen olarak şiddeti azalır
Aktif matriks likid kristal gösterim AMLKG katot x-ışın tüpü gösterimine göre üstündür Gösterim karakteristikleri Uzaysal çözünürlük, daha yüksek megapiksel dijital gösterim araçlarının kullanımıyla artar. Görüntü lüminesansı Diyafram açıklık oranı Aktif matriks likid- kristal gösterimin (AMLK) görüntü lüminesansının bir ölçümüdür Dijital görüntünün önceden işlenmesi (preproses) işlemlerinin büyük çoğunluğu otomatiktir Dijital görüntünün sonradan işlenmesi (postproses) Dijital görüntünün postproses işlemleri operatör manipulasyonunu gerektirir
GÖRÜNTÜ ARŞİVLEME VE İLETİM SİSTEMİ (PACS) Görüntüler bir ağ üzerinde taşınıp, ortak görüntüleyicilerde değerlendirme ya da görüntü üzerinde işlem yapabilme gibi olanaklar sağlar PACS ile filmsiz çalışan hastanelerde radyoloji bülümü içinde bulunan ve tüm görüntüleme aygıtlarına bağlı bulunan bilgisayar ağının yanı sıra hastanenin diğer ünitelerinde de uzak görüntüleme üniteleri bulunur PACS görüntülerin yorumlamasını, işlenmesini, görülmesini, depolanmasını ve arşivden yeniden çağırılmasını geliştirir Ağ birimleri bina içinde gn kablolarla, binalar arasında telefon veya kablo TV hatlarıyla, Uzaktan erişimde ise mikrodalga veya uydu sistemleriyle biribirine bağlanmıştır. Film depolama sistemi sadece bir odası PACS için yeterlidir
Dijital gösterim kalite kontrolü PERFORMANS DEĞERLENDİRME STANDARTLARI Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE), görüntü gösterim sistemlerinin çöz. ölçmek için kullanılan bir örneğin formatları, boyutları, ve kontrast karakteristiklerini belirlemiştir Kalite kontrolü için ACR tarafından SMPTE patern kullanımı önerilmektedir NEMA-DICOM Günümüzde tüm dijital sistemlerin bir arada değerlendirilmesine ve görüntülerin ortak bir dijital görüntüleyicide gösterilebilmesine olanak veren görüntü standardizasyonu, sağlanmıştır. Dicom 3 (DİCOM = Digital imaging and communication in medicine = tıpta dijital görüntülerin iletişim standardı) ACR (amerikan radyoloji koleji) ve NEMA (ulusal elektriksel üretim birliği) dijital görüntüleme için DICOM (digital imaging and comunication) adı verilen bir standart oluşturmuştur.
DIN 2001 Alman standart enstitüsünün görüntü gösteri araçları için oluşturduğu bir standart tır. VESA 1998 de, Flat panel gösterim ölçümü standartı (FPDM), version 1.0 VEASA (video elektronik standartlar birliği) tarafından eluşturulmuştur APM TG 18 Bir dijital gösterim cihazını kapsamlı olarak değerlendirmek için kabul edilebilir bir klinik performans sağlamak amacıyla Amerikan Tıpta Fizik Birliği (AAPM) bir seri test paterni ve işlemlerini kapsayan tavsiye raporu geliştirmiştir AAPM TG 18 ölçümleri ve gözlemleri tüm dijital gösterim araçları için uygulanmalıdır
DİJİTAL GÖSTERİM ARACI KALİTE KONTROLÜ Geometrik distorsiyon görüntünün orijinalden geometrik olarak farklı olmasına neden olan problemler nedeniyle oluşur Yansıma İdeal görüntü göstrim cihazı sadece cihazın kendi oluşturduğu ışığa dayanan lüminesansa sahip olandır Dijital görüntü verileri dijital gösterim aygıtına p-değeri olarak ulaşır, dijital sürücü seviyesine çevirilir ve lüminans seviyeleri olarak görülür En iyi dijital görüntü izleme şekli karşıdan bakarak olur Gösterim çözünürlüğü Gösterim gürültüsü
TEKNİKERİN YAPACAĞI KALİTE KONTROLÜ Devamlı bir kalite kontrol programı geliştirmek önemlidir. Bu aşağıdakileri içermelidir 1. Yeni bir dijital gösterim aygıtının tıbbi fizik uzmanı tarafından test edilip onaylanması, 2. Kalite kontrol teknikerleri tarafından rutin kalite kontrollerinin yapılması, 3. Kalifiye bir medikal fizik uzmanı tarafından kalite programının periyodik olarak gözden geçirilmesi, 4. Yıllık veya onarım sonrası medikal fizikçinin performans değerlendirmesi 5. TG 18 QC test paterninin günlük olarak görüntülenmesi
Dijital görüntü artefaktları A) CR sistemlerine ait artefaktlar Donanım artefaktları Depo fosfor plağından kaynaklanan artefaktlar Kir (toz parçacıkları vb) fosfor depo plaklarının yıpranması Sislenme Üst üste ışınlama Kuantum beneklenmesi Görüntü oluyucu artefaktları 1. Moire etkisi: buki olmaması yada hatası sonucu 2. Lazer yazıcı hatası
Yazılım artefaktları Görüntü okuma sürecindeki artefaktlar 1. Paralel olmayan kolimasyon 2. saçılan radyasyon 3. Hatalı tetkik protokolü girilmesi ve bunun sonucu olarak görüntünün hatalı parametrelerle işlenmesi Frekans işleme sürecindeki artefaktlar 1. Alan kontrastında azalma: güçlemdirme çok olursa 2. Rebound etkisi: Belirgin opasite farklılığı olan alanlarda frekans güçlendirme işlemi yapıldığında opasite farklılığının olduğu yerde uzamış opasite şeklinde görülür.
B) DR Sistemlerine ait artefaktlar Uygulama kaynaklı artefaktlar Parçalı dedektörlerden oluşan sistemlerde dedektör ısınmadan çekim yapılırsa, dedektörün kaç parçadan oluştuğuna bağlı olarak her bir parçanın ayrı ayrı görülebilir hale gelmesi şeklinde artefakt Özellikle çocuk hastalarda olduğu gibi ince dokuların görüntülenmesi amacıyla masa üstü çekim yapıldığında x-ışını dozunu algılayan parçaları görünür hale gelmesi Dedektör hataları kayanaklı artefaktlar Dedektör arızaları nedeniyle çizgi yada band şeklinde artefakt oluşmaktadır
GÖRÜNTÜ ALICI ARTEFAKTLARI Dijital görüntü alıcı artefaktları piksel yetersizliği ile ilişkili biricik artefaktlardır Çevresel radyasyon hayalet artefaktları oluşumunda tamamlayıcıdır SOFTWARE ARTEFAKTLARI Preproses Falatfielding (düz görüntü oluşturma) her pikselin uniform x-ışını demetine yanıtını eşitlemek için yapılan bir software düzeltmesidir Görüntü sıkıştırma Kayıpsız kompresyon 3:1 oranına kadar genellikle kabul edilebilir olarak değerlendirilir ve dijital görüntü yönetiminde yararlıdır
OBJE ARTEFAKTLARI Görüntü histogramı Bir histogram dijital değer aralıklarına karşılık oluş frekansının bir grafiğidir Kolimasyon / partitisyon Artefaktsız bir görüntü için otomatik radyasyon alanı tanıma elzemdir Uygun kolimasyon ve merkezleme, artefaktlara neden olan histogram hatalarını önler Çok sayıda dijital görüntünün tek bir görüntü alıcıya kaydedilmesi uygun bir şekilde ayrımı ve kolimasyonu gerektirir Yerleştirme Ekspojur alanının görüntü alıcıya yerleştirilmesi kolimasyonla aynı yol ve nedenlerle önemlidir. Uygun yapılmazsa artefakt oluşur
Kaynaklar 1. Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 9 th ed. St. Louis, Mosby Elsevier, 2008. 2. Tuncel E. Klinik Radyoloji. Bursa, Nobel & Güneş, 2008. 3. Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.