18. Оптимизация защиты в компьютерной томографии
advertisement
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Практическое упражнение – контроль качества IAEA International Atomic Energy Agency Содержание / Обзор Описания тестов для контроля качества: • Точность, равномерность, линейность и шум • Разрешение для низкого и высокого контраста • Чувствительность по оси Z • Регулировка, точность движения стола • Измерения наклона гантри • Дозиметрия IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 2 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 1: Контроль качества IAEA International Atomic Energy Agency Физические параметры изображений в КТ Качество изображения • Может быть выражено физическими терминами равномерность, линейность, шум, пространственное разрешение, контрастная чувствительность • Оно зависит от технических характеристик КТ сканера, режима работы и условий просмотра изображений • Качество может оцениваться при количественных измерениях с использованием фантомов и по внешнему виду артефактов • Измерения должны проводиться регулярно IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 4 Работа сканеров: технические параметры (I) Тест фантомы: • Антропометрические тест фантомы или тест объёкты определённой формы, размеров и структуры используются для калибровки и оценки характеристик КТ сканеров • Они должны обеспечивать проверку следующих параметров: КТ чисел (единиц Хаунсфилда), равномерности, шума, пространственного разрешения, толщины срезов, дозы, позиции стола IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 5 Работа сканеров: технические параметры (II) Точность КТ чисел • КТ число зависит от напряжения на трубке, фильтрации и толщины объекта • КТ число воды HUw равно нулю по определению • При измерениях оно должно быть -4HU < HUw <+4 HU Линейность КТ чисел • Линейность соотношения между рассчитанными КТ числами и линейными коэффициентами поглощения элементов • Отклонения от линейности должны составлять < ± 5 HU Постоянность КТ чисел • КТ число каждого пиксела изображения однородного объекта должно быть тем же самым • Разница между КТ числами на периферии и в центре однородного тест объекта должна быть < 8HU • Разница в основном из-за фильтрации лучей IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 6 Работа сканеров: технические параметры (III) Шум • Шум это статистическая флуктуация (стандартное отклонение) КТ чисел в однородной области • Он сильно влияет на контрастную чувствительность • Больше всего шум зависит от дозы излучения Шум = 1 доза • Шум изображения должен быть измерен в области, составляющей 10% сечения тест-объекта • Медицинская проблема: получить изображение с приемлемым уровнем шума при минимально возможной дозе облучения пациента IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 7 Работа сканеров: технические параметры (IV) Пространственное разрешение • Высококонтрастное разрешение определяет минимальный размер деталей в изображении среза с контрастом >10% • • • • • • • Оно зависит от: алгоритма реконструкции изображений ширины детектора эффективной толщины среза Расстояния от объекта до детектора Размера фокуса рентгеновской трубки Размера матрицы IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 8 Работа сканеров: технические параметры (V) Пространственное разрешение • Контрастная чувствительность (низкоконтрастное разрешение) определяет размер детали, которая должна быть различима при малой разнице в плотностях детали и окружающей её области • Контрастная чувствительность сильно зависит от шума • Порог чувствительности при изменении контраста и размера деталей может быть определён, например, с помощью кривой контраст-деталь IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 9 Работа сканеров: технические параметры (VI) Толщина среза • Толщина срезов определяется в • центре поля как расстояние между двумя точками на оси вращения, в которых интенсивность излучения равна 50% от максимальной Использование коллимации за пациентом для уменьшения ширины среза ведёт к сильному возрастанию дозы облучения пациента Установка стола • Точность установки стола с • пациентом оценивается при перемещении стола на определённое расстояние вперёд и назад в первоначальное положение IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 10 Минимальные требования: КТ сканер (I) • Шум в изображении Стандартное отклонение КТ чисел в центральной области, площадью 500 мм2 для воды или тканеэквивалентного фантома, не должно отличаться более чем на 20% от базисного IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 11 Минимальные требования: КТ сканер (II) • Индекс дозы в компьютерной томографии (CTDI) CTDI для одиночного среза при каждом формирующем фильтре и каждой толщине среза не должен отличаться более чем на 20% от базисного • Толщина среза Ширина профиля на половине максимума интенсивности не должна отличаться более чем на 20% от базисной • Высококонтрастное разрешение Ширина профиля на половине максимума интенсивности функции размытия точки не должна отличаться более чем на 20% от базисной • Контрастная чувствительность Булавки из полистирола диаметром 0,35 cм, вставленные в однородный водный фантом, должны быть видны на изображении IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 12 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 2: Шум IAEA International Atomic Energy Agency Характеристики изображения (шум) • Шум обычно оценивается при использо- вании цилиндрических фантомов, заполненных водой или сделанных из тканеэквивалентных материалов • Шум определяется стандартным отклонением КТ чисел в области интереса аксиального изображения фантома IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 14 Характеристики изображения (шум) Область интереса (ОИ) IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 15 Характеристики изображения (шум) • Величина шума даётся в спецификациях изготовителя для специального фантома и определённых параметров сканирования • Эти параметры должны точно соблюдаться при пуско-наладочной проверке • Изготовители часто указывают шум при определённой входной дозе • В этом случае доза при аксиальном сканировании может быть измерена ионизационной камерой, прикрепляемой к поверхности фантома IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 16 Характеристики изображения (шум) • Базовые значения шума должны быть получены для нескольких протоколов сканирования, которые будут использова-ны в клинике при применении обычного фантома для контроля шума • Для того, чтобы получить точные и репрезентативные значения шума, важно найти среднее значение после нескольких сканирований, например, десяти IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 17 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 3: Однородность и линейность КТ IAEA International Atomic Energy Agency Однородность КТ чисел • Однородность КТ чисел может быть оценена во время измерения шума в четырёх противоположных точках по краям однородного фантома • Регистрируется среднее значение КТ числа из четырёх, измеренных по краям и измеренное в середине • Должно быть рассчитано отклонение от центрального значения • Полезно проверить однородность КТ чисел для больших полей IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 19 Однородность КТ чисел Аксиальное изображение однородного фантома IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 20 Однородность КТ чисел • Линейность КТ чисел оценивается с помощью фантома со вставками из различных материалов с широким диапазоном КТ чисел • Одним из подходящих фантомов для входного контроля является Catphan (The Phantom Laboratory, Salem, NY), который содержит 4 вставки с диапазоном примерно от -1000HU to +1000HU IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 21 Однородность КТ чисел IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 22 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 4: Разрешение с высоким и низким контрастом IAEA International Atomic Energy Agency Разрешение с низким контрастом (контрастная чувствительность) • Разрешение с низким контрастом (контрастная чувствительность) часто указывается в спецификации как наименьший видимый объект с данным контрастом при данной дозе • Так как контрастная чувствительность непосредственно связана с качеством изображения, она является важным параметром при входном контроле • Как минимум 20 изображений низкоконтрастных элементов должно быть просмотрено как минимум тремя наблюдателями в оптимальных условиях IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 24 Разрешение с низким контрастом (контрастная чувствительность) Типичное изображение Catphan фантома с вставленными низкоконтрастными дисками IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 25 Пространственное разрешение (высокий контраст) • Существуют две категории способов измерения: • использование анализа функции размывания точки и расчёт функции передачи модуляции (ФПМ) • визуальная оценка изображений высококонтрастных мир • Разрешение определяется как пространственная частота (в парах линий на см) при которой контраст ФПМ падает до 50%, 10% или 2% • Эти цифры даются для разных алгоритмов реконструкции изображений, сканирования с высоким разрешением и стандартного сканирования IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 26 Пространственное разрешение (высокий контраст) • Число пар линий на 1 см, едва различимых на изображении, эквивалентно примерно 2% значению ФПМ • Результат измерений можно сравнить с 2% ФПМ, если она указана в спецификации IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 27 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 5: Чувствительность вдоль оси Z IAEA International Atomic Energy Agency Чувствительность вдоль оси Z (ширина среза изображения) Аксиальные измерения • Фантомы, используемые для аксиальных измерений, могут содержать тонкие металлические пластины, проволоку или набор отверстий, расположенных под углом к плоскости изображения • Изготовитель должен предоставить Catphan или другой фантом, содержащий тест элементы для этих измерений Для получения правильных результатов размер тест элементов фантома не должен быть больше толщины получаемого среза IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 29 Чувствительность вдоль оси Z (ширина среза изображения) Аксиальные измерения • Изготовители фантомов могут указывать в спецификациях допуски для срезов разной ширины • Аксиальные измерения Z-чувствительности могут использоваться для проверки ширины срезов • Эти измерения могут также применяться для оценки точности коллимирования за пациентом и расчета геометрической эффективности КТ IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 30 Чувствительность вдоль оси Z (ширина среза изображения) Тест объект, используемый для измерения толщины срезов при аксиальном сканировании IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 31 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 6: Выравнивание IAEA International Atomic Energy Agency Выравнивание лучей лазера во фронтальной и сагитальной плоскостях • Несколько методов могут применяться для выполнения этого теста • Простые приёмы, описанные здесь, требуют немного специального оборудования IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 33 Соответствие между внешними и внутренними лазерами • Для проведения измерений рекомендуется использовать конверт от плёнки или лист бумаги • Конверт кладется на стол и освещается лазерным лучом • Позиция лазерного луча отмечается на конверте и стол автоматически перемещается так, что конверт оказывается в плоскости сканирования • Если расстояние между внутренним и внешним лучами лазера отрегулировано правильно, то внутренний луч должен совпасть с отметкой на конверте IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 34 Совпадения между плоскостями сканирования и внутреннего лазерного луча • Проколите булавочные отверстия в листе терапевтической плёнки вдоль линии внутреннего лазерного луча, экспонируйте плёнку узким аксиальным пучком и проявите её • Степень совпадения между плоскостями сканирования и внутреннего лазерного луча определяется по совпадению булавочных отверстий с изображением аксиального рентгеновского пучка на плёнке IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 35 Совпадения между плоскостями сканирования и внутреннего лазерного луча • У многосрезовых сканеров булавочные отверстия и, следовательно, лазерный луч совпадают с центром изображения пучка • Для того, чтобы лазерный луч попал в центр пучка, необходимо первый и последний срезы расположить симметрично относительно нулевой отметки IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 36 Совпадения между плоскостями сканирования и внутреннего лазерного луча Булавочные отверстия сделаны в плёнке вдоль лазерного луча Z Изображение рентгеновского пучка X IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 37 Фронтальная и сагиттальная плоскости лазерных лучей • Длинный и тонкий предмет с высоким КТ числом, такой как,например, тонкий гвоздь, может быть использован для этого теста в качестве маркера • Маркер крепится над столом для пациента и устанавливается в изоцентре, определённым по лазерным лучам, параллельно оси z и перпендикулярно плоскости сканирования • Если лучи лазера расположены точно во фронтальной и сагиттальной плоскостях, то маркер появляется как точка с координатами • x = 0, y = 0 на аксиальном изображении IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 38 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 7: Точность перемещения стола IAEA International Atomic Energy Agency Точность перемещения стола • Линейка или рулетка, размещённая вдоль стола, может использоваться для проверки индикатора перемещения стола, расположенного на гантри • Нагрузка около 70 – 80 кг должна быть размещена на столе для симуляции веса пациента • Тест должен быть выполнен дважды: при движении стола от и по направлению к гантри IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 40 Точность перемещения стола Оценка точности индикатора расстояний IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 41 Точность интервалов расстояния • Проверка точности приращения расстояния между последовательными срезами может осуществляться с помощью размещённого на столе конверта с плёнкой и его облучения при последовательном сканировании • В этом случае используются тонкие срезы с приращением больше чем толщина среза, а расстояние между срезами измеряется на проявленном снимке IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 42 Точность движения стола при спиральной томографии • В спиральной томографии недостаточно использовать простые механические тесты, так как расстояние между срезами зависит от скорости движения стола и программного обеспечения • Одним из методов оценки точности расстояний является применение тест объекта из плексиглаза, содержащего два маленьких рентгеноконтрастных маркера с заданным расстоянием между ними • Спиральное сканирование должно начинаться от первого маркера. Точность движения стола считается приемлемой, если маркеры хорошо видны на изображениях срезов IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 43 Точность движения стола при спиральной томографии IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 44 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 8: Измерение наклона гантри IAEA International Atomic Energy Agency Наклон гантри • Точность указателя наклона гантри может быть оценена с помощью конверта с рентгеновской плёнкой, расположенного на конце стола со стороны гантри • Плёнка должна распологаться вертикально, например, будучи прикреплённой к плексигласовому блоку, параллельно сагиттальной плоскости и перпендикулярно фронтальной и аксиальной плоскостям IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 46 Наклон гантри • Производятся три аксиальных снимка на ту же плёнку: при максимальном наклоне гантри в одну сторону, другую сторону и при нулевом значении угла наклона • В этом случае три плоскости сканирования должны быть видимы на проявленной плёнке • Углы + и - между поверхностями сканирования и наклоном 0º должны быть равны углам, указанным на индикаторе гантри IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 47 Оценка точности наклона гантри IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 48 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 18: Оптимизация защиты в КТ Тема 9: Дозиметрия IAEA International Atomic Energy Agency Дозиметрия - CTDI в воздухе • Индекс дозы компьютерной томографии (CTDI) в воздухе может быть измерен с помощью 10 см ионизационной камеры, закреплённой на столе пациента и разделённой на две равные части плоскостью, проходящей через изоцентр • Ионизационная камера может быть закреплена зажимом на химическом штативе, если специальный стенд отсутствует IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 50 Дозиметрия - CTDI в воздухе Ионизационная камера Стол IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 51 Дозиметрия - CTDI в воздухе • При пуске в эксплуатацию установок для КТ нужно измерять CTDI в воздухе при следующих конфигурациях и режимах: • Для всех фильтров, формирующих • • • • излучение Для всех используемых значений ширины среза Для всех уставок напряжения Для ряда уставок времени сканирования Для ряда уставок тока IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 52 Дозиметрия - CTDI в воздухе Индекс дозы компьютерной томографии (CTDI) где • T – номинальная толщина среза • D(z) – профиль дозы вдоль оси вращения трубки IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 53 Дозиметрия - CTDI в воздухе При работе в спиральном режиме величина CTDI изменяется, так как число возможно перекрывающихся срезов приводит к увеличению дозы внутри номинальной ширины каждого среза. Средняя доза за множественный скан (MSAD) в этом случае рассчитывается путем деления на коэффициент питча p, где питч определяется, как p = Смещение стола за один оборот Номинальная толщина среза IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 54 Дозиметрия - CTDI в воздухе (спиральный режим) Позиции аксиальных срезов Спиральный скан (питч = 1) IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 55 Дозиметрия - CTDI в плексигласовом фантоме • На стол пациента помещается фантом тела, а на специальную подставку фантом головы • Фантомы размещаются симметрично относительно изоцентра • Ионизационная камера вставляется в центральное или одно из периферийных отверстий фантома (в другие отверстия вставлены плексигласовые стержни IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 56 Дозиметрия - CTDI в плексигласовом фантоме • Измерение доз в центре используется для расчёта центрального CTDI • Периферийный CTDI измеряется по крайней мере в четырёх позициях вокруг фантома, чтобы получить надёжное среднее значение Если вращение гантри происходит при разных первоначальных углах, то желательно сделать несколько измерений для каждой позиции, чтобы получить среднюю дозу IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 57 Дозиметрия - CTDI в плексигласовом фантоме Стержень Фантом головы IAEA Фантом тела 18: Оптимизация защиты в КТ 58 Дозиметрия - CTDI в плексигласовом фантоме • Центральный и периферийный CTDI используются для расчёта взвешенного CTDI, CTDIw: 1 n CTDI w = C ( 1 2 CTDI100,c + CTDI100,p 3 3 ) • CTDIw может сравниваться с диагнос- тическими контрольными уровнями для стандартных КТ процедур IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 59 Пример значений CTDI для некоторых систем КТ MODEL KV FAD S nCDTI Siemens HIQ 133 700 10 0.195 (mGy/mAs) weighted Head Body 0.161 (0.83) 0.093 (0.48) Siemens Plus S 120 700 10 0.128 0.110 (0.86) Siemens Plus S 137 700 8 0.161 GE Pace 120 525 10 0.344 0.200 (0.58) 0.094 (0.27) Philips LX 120 606 10 0.200 0.160 (0.80) 0.081 (0.41) Air 0.062 (0.48) 0.082 (0.51) FAD(мм): Focus to Axis distance (расстояние от фокуса до оси) S (мм): Толщина среза IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 60 Профили доз (ширина облучаемого среза) • Измерение толщины среза для всех уставок номинальных значений ширины обеспечивает прямое тестирование коллимации луча перед пациентом и позволяет рассчитать геометрическую эффективность сканера • Геометрическая эффективность (ГЭ) определяется как: ГЭ = ширина облучаемого среза x 100 % ширина изображения среза • Если величина ГЭ < 70%, рекомендуется иметь её указатель на консоли IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 61 Профили доз (ширина облучаемого среза) • Первый метод: экспонируйте конверт с плёнкой в изоцентре на воздухе при каждой ширине среза • После проявления профили оптической плотности могут быть измерены с помощью микроденситометра • Для построения точного профиля дозы и последующего определения толщины среза используется калибровочная кривая, с помощью которой оптическая плотность преобразуется в дозу • Альтернативный способ: дозовый профиль измеряется с помощью ТЛД IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 62 Профили доз (ширина облучаемого среза) Измерение ширины облучаемого среза для ряда уставок IAEA 18: Оптимизация защиты в КТ 63 Программа контроля качества Пример программы контроля качества для КТ установки: Физический параметр Экспертный Частота уровень Шум в изображении A B Д/нед 1 раз в год Значения КТ чисел A Д/нед 1 раз в год Приоритет Выс Выс Выс Выс B Уровень коррекции Базисный ± 20% * Вода: ± 10 HU Другие материалы ± 20 HU Постоянство КТ чисел B 1 раз в год Выс > ± 1,5% CTDI A 1 раз в год Выс Базисный ± 20% Выс > ± 20% or 1 мм Облуч. толщина среза B Толщина изобр. среза B 1 раз в год Ср > ± 20% or 1 мм B 1 раз в год Выс Базисный ± 20% Высококонтраст. разрешение IAEA 1 раз в год 18: Оптимизация защиты в КТ 64
