Dosisindikatoren in der Projektionsradiographie:

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1 Dosisindikatoren in der Projektionsradiographie: Der EXI-Wert bei SIEMENS AXIOM Aristos Systemen 8. Fortbildungsseminar in Magdeburg, 18./ Arbeitsgemeinschaft Physik und Technik (APT) der DRG Arbeitskreis Physik und Technik (K22) der DGMP Dipl.-Ing. Bernhard Geiger, Forchheim

2 2 Agenda Technische Ausgangsbasis Anforderungen Realisierungskonzept Anwendungsbeispiele Schlussfolgerungen Stoffsammlung zur weiteren Diskussion

3 3 Technische Basis: Trixell pixium 4600

4 4 pixium 4600: opto-direktes Prinzip Röntgenstrahlen Szintillator Zeilentreiber Photodiode Schalter Verstärker und ADC

5 5 Charakteristische Kurve si g nal response Elektrisches Rauschen Flachbilddetektor Film-/Folien- System dose [µgy] Der Zusammenhang zwischen Bildempfängerdosis und Pixelwert ist linear

6 6 Dosisbegriffe und Dosisindikator Röntgenstrahler Röhrenspannung U Röhrenstrom I Aufnahmezeit Zusatzfilter Dosisflächenprodukt P F [Gy*m 2] Luftkerma K a Einfalldosis K E ohne Rückstreung Oberflächendosis K O mit Rückstreuung K O = K E * B B = "Backscatter Faktor Patient Lagerungstisch Raster Organdosis H T Austrittsdosis K A mit Patient Bildempfängerdosis K B ist die Luftkerma am Ort der bildwandelden Schicht

7 7 Anforderungen lt. DIN V (01/2001) Der Dosisindikator nach DIN V ist ein Maß für die Bildempfänger-Dosis Die Berechnungs-Methode und die Skalierung sind im Rahmen dieser Norm nicht vorgegeben (hersteller-spezifisch) Der Hersteller ist nach DIN V verpflichtet, in den Unterlagen den Zusammenhang zwischen Bildempfänger- Dosis und Dosisindikator zu beschreiben Der Hersteller ist nach DIN V verpflichtet, die zur Überprüfung des Zusammenhangs erforderlichen Rechenschritte zu dokumentieren

8 8 Interne Anforderungen: technische Sicht Die Berechungsmethode soll für manuell und automatisch belichtete Aufnahmen gleiche Ergebnisse liefern Das Berechnungsergebnis darf nicht von Bildverarbeitungseinstellungen abhängen Im Rahmen der System-Prüfung und der Qualitätssicherung mit technischen Phantomen soll eine Auflösung von mind. 2% und eine Reproduzierbarkeit von besser als 5% (dosisäquivalent) erreicht werden

9 9 Interne Anforderungen: klinische Sicht Vergleichbarkeit gleichartiger Aufnahmen Berücksichtigung der aktuellen Einblendung Identifikation von Fehlbelichtungen mit hoher Signifikanz ab ca. +/-50% Hinweis auf relevante Fehlpositionierung insbesondere bei Belichtungsautomatik Robustheit gegenüber falschen a priori Informationen (z.b. Organbezeichnungen) Gedankenmodell: Sinngemäße Interpretation wie analoge mittlere optische Dichte Dokumentation in DICOM Datei und auf Hardcopy

10 10 Konzeption des Dosisindikators (EXI) Zusammenhang mit Bildempfängerdosis Der EXI-Wert ist direkt proportional zur Bildempfänger-Dosis K B, d.h. es gilt EXI = g x K B Berechnungs-Algorithmus EXI-Wert ist der Mittelwert einer zentralen Region im unverarbeiteten Originalbild unter Berücksichtigung der Einblendung

11 11 Anwendungsbeispiel: Konstanzprüfung Beobachtete Abweichung Fall mas EXI mas/exi Wahrscheinlichste Ursache 1 o o o Anlage in Ordnung 2 + o - Dosisausbeute Strahler geringer 3 - o + Dosisausbeute Strahler höher o Abschaltdosis geringer o Abschaltdosis höher 6 o - - FD Empfindlichkeit geringer 7 o + + FD Empfindlichkeit höher Aufnahme mit Belichtungsautomatik, homogener Prüfkörper, Protokollierung von mas-wert, Dosisindikator (EXI)-Wert, Berechnung von mas/exi: o = keine signifikante Abweichung gegenüber Referenzwert - = signifikant geringer als Referenzwert + = signifikant höher als Referenzwert

12 12 Anwendungsbeispiele: Klinische Bilder Jeweils aus der aktuellen Bildgröße berechnetes Bewertungsfeld EXI = 251 Beispiel 1: Becken p.a. (S400 mit 79kV, 6,7mAs) EXI = 291 Beispiel 2: HWS lat. (S400 mit 63kV, 22mAs)

13 13 Anwendungsbeispiele: Klinische Bilder mit Raster FFA 100cm Raster fo 180cm FFA 100cm Raster fo 180cm seitlich dezentriert EXI = 235 Beispiel 3: Fuß obl. (S400, 52kV, 2,6mAs) EXI = 366 Beispiel 4: LWS a.p. (S400, 73kV, 12mAs) EXI = 194 Beispiel 5: LWS lat. (S400, 77kV, 8,9mAs)

14 14 Schlussfolgerungen Dosisindikatoren im Rahmen der Abnahme-, Konstanzprüfung und bei Problemanalysen unter wohldefinierten Aufnahmebedingungen: => ausgesprochen wertvoll Dosisindikatoren aus klinischen Aufnahmen: => liefern wichtige Zusatzinformation, sind aber weder ein absolutes noch ein allgemeingültiges Gut-/Schlecht-Kriterium

15 15 Stoffsammlung für die Diskussion Anforderungs-Katalog an Dosisindikatoren aus klinischen Bildern ist notwendig, d.h. welche Fehlerursachen sollen identifiziert werden können, z.b. Drifts der Belichtungsautomatik, falsches Organprogram, falsche kv & mas, Einblendung, Positionierung, usw. Anforderungs-Katalog an Dosisindikatoren aus technischen Bildern getrennt präzisieren, z.b. Granularität/Abstufung, Reproduzierbarkeit

16 16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

17 s 17 Interpretations-Leitfaden Jeweils aus der aktuellen Bildgröße berechnetes Bewertungsfeld EXI = 147 Beispiel 1: Thorax p.a. EXI = 314 Beispiel 2: Thorax lat. (S400 mit 125kV, 0,8mAs, 3,8µGym2) (S400 mit 125kV, 1,9mAs, 10,2µGym2)

18 18 Interpretations-Leitfaden Warum unterscheiden sich die beiden EXI-Werte? Der zentrale Mittelwert ist grundsätzlich organabhängig! Weitere Einflußgrößen können sein (u.a.): Geometrie und Einblendung, Strahlenqualität Anwendungsbereich des Dosisindikators Rechner. Zusammenhang Dosis <=> Dosisindikator gilt nur für die Kalibrierbedingungen (Angabe gem. DIN) Bei sonst gleichen Bedingungen bedeutet eine Verdoppelung des EXI-Wertes auch eine verdoppelte Bildempfängerdosis Dosisindikator ist eine sehr wertvolle Kenngröße in der Qualitätssicherung (z.b. Konstanzprüfung) Dosisindikator ersetzt nicht das Dosisflächenprodukt!

19 19 Dosisbegriffe und Dosisindikator Detektor- Empfind- Agfa Agfa Fuji Kodak Siemens Philips dosis K B (µgy) ADC Speicher- ADC Speicher- Speicher- Speicher- Flach- lichkeits- klasse Flach- folie folie folie folie detektor detektor Lgm- Wert Lgm- Wert S- Wert EI EXI EI (Thorax) Exposure Index Exposure Index Exposure Index 1, ,6 1, , ,9 1, ,2 1, Zusammengestellt von Hr. Kamm, Philips

20 20 Aufgabe des digitalen Detektors Umwandlung des Röntgenstrahlenbildes in einzelne Zahlenwerte, die einen festen räumlichen Bezug zueinander und zur applizierten Dosis haben

21 21 Detektoren: Prinzipien Speicherfolie (CR) Szintillator + CCD Röntgen-BV/ TV Festkörper-Detektor (CsI/ a-si) Festkörper-Detektor (a-se/ a-si) Selen-Trommel Zwischenstufe: Licht erzeugt direkt Ladungen Photostimulation Kassette, optisch/ mech. Leuchtschirm, optisch, Lichtwellenleiter, CCD(s) Leuchtschirm, e - -Optik, optisch, TV/ CCD Leuchtschirm, Photodioden, a-si Matrix Direktwandler Selen, a-si Matrix Direktwandler Selen, e-statisch, mechanisch

22 22 Detektoren: Prinzipien Absorption der Rö-Strahlung in Eingangsschicht Wandlung in in Ladungen Wandlung in Licht El.-stat. Abgriff Kondens.- speicher Photodioden TV (RBV) Optik, CCD CR Reader Schaltmatrix aus amorphem Silizium

23 23 Detektoren: Prinzipien Absorption der Rö-Strahlung in Eingangsschicht Wandlung in in Ladungen Wandlung in Licht El.-stat. Abgriff Kondens.- speicher Photodioden TV (RBV) Optik, CCD CR Reader Schaltmatrix aus amorphem Silizium Flachbilddetektoren

24 24 Flachbilddetektoren: Synonyme Festkörper-Detektor (FD) Solid-State-(Xray-)Detector (SSXD) Flat-Panel Detector (FPD) Active-Matrix-Flat-Panel-Imager (AMFPI) etc.

25 25 pixium: opto-direktes Prinzip Röntgen-Strahlung erzeugt (viele) Licht-Photonen im Szintillator CsI Ausbreitung des Lichts in der transparenten Nadelstruktur ( Lichtleiter ) Erfassung und Speicherung in der Photodiode

26 26 pixium: opto-direktes Prinzip Cäsium- Iodid CsI 20 µm Pixellänge, z.b. 143 µm

27 27 Flachbilddetektoren: a-si Schaltmatrix

28 28 Flachbilddetektoren: Sensitivität A B Zwei (unverarbeitete) Bilder A und B mit unterschiedlicher Dosis

29 29 Flachbilddetektoren: Sensitivität Pw = 149 Pw = 92 A Pw = 325 B Pw = 199 Bilder A und B mit unterschiedlicher Dosis: Analyse der Pixelwerte (Pw) (hier zur besseren Darstellung mit angeglichener Helligkeit)

30 30 Sensitivität: Begriff und Interpretation Film-/Folien-Kombination: Maß für die Dosis, die für eine bestimmte Schwärzung (=Belichtung) erforderlich ist Empfindlichkeits-Klasse Digitaler Detektor: Maß für die Dosis, die für ein bestimmtes Signal-zu-Rausch-Verhältnis erforderlich ist noch zu standardisieren

31 31 Flachbilddetektoren: Auflösung Film/Folie CsI / a-sia Selen / a-sia

32 32 Flachbilddetektoren: Auflösung Auswertung von hochkontrastigen Bleigittertesten Dosis 1 (Referenz) kein sichtbarer Unterschied 4x Dosis 1

33 33 Flachbilddetektoren: Auflösung Auswertung von niedrig-kontrastigen Phantomen Dosis 1 (Referenz) sichtbarer Unterschied (wie erwartet) 4x Dosis 1

34 34 Flachbilddetektoren: Auflösung Die Detektor- MTF ist vergleichbar zu Film/Folie (Medium) Die System- MTF ist der für Film/Folie deutlich überlegen MTF FD: detector FD: system Lanex Regular Lanex Medium spatial frequency [lp/mm] Nyquist limit 90 kvp, 0.6 mm Cu, 2.5 mgy (equivalent to 400 speed) system MTF: HP filter: 3x3 kernel, 60%

35 35 Flachbilddetektoren: Auflösung Die DQE für FD ist deutlich überlegen gegen Film/Folie und Speicherfolie Eine hohe DQE ist Voraussetzung für mögliche Dosiseinsparungen DQE FD 0.6 screen film CR V ST 0.5 CR V HR spatial frequency [lp/mm] 90 kvp, 0.6 mm Cu, 2.5 µgy (equivalent to 400 speed)