Digitales versus koventionelles Röntgen Nele Ondreka, Kerstin von Pückler, Bernd Tellhelm Klinikum Veterinärmedizin, Gießen Eberhard Ludewig Klinik für Kleintiere, Leipzig Digitale Radiographie Projektionsradiographie mit digitalem Bildausgang Nach DIN 6814 entspricht ein digitales Bild einer Matrix aus einzelnen flächenhaften Bildelementen (Pixeln), denen Signalamplituden in digitaler Form zugeordnet werden. - Grauwerte Digitale Radiographie: Detektorprinzipien Röntgenstrahlung Wandlung in Licht Wandlung in Ladung Speicherfolien (DLR, CR) Flachdetektor (Sc + asi) Flachdetektor (Sc + CCD) Wandlung in Ladung Flachdetektor (asi) Flachdetektor (ase) indirekt opto - direkt direkt elektro - direkt 1
elektronischer Flachdetektor - Prinzip Speicherfolien - Prinzip Polyester Leuchtstoff - Bariumfluorohalide Speicherfolien - Auslesevorgang 2
Film - Folien - Systeme: Bildentstehungsprozess Der Röntgenfilm ist gleichzeitig Medium zur Detektion, Darstellung, Archivierung und Transfer! Röntgenstrahlen Verstärkerfolie Röntgenfilm Verstärkerfolie Unterlage Leuchtstoffschicht Emulsionsschicht Filmunterlage Emulsionsschicht Leuchtstoffschicht Unterlage Schritt 1: Bilddetektion Bildentstehung unabhängige Einzelschri5e Schritt 2: Bildverarbeitung, Prozessierung Schritt 3: Bilddarstellung Schritt 4: Tansfer / Archivierung : Monitor, Ausdruck Befundung Betriebssprache : DICOM-Formate Digital Imaging and Communication in Medicine Netzwerk / PACS Matrix 3
Ortsauflösung Digitale Röntgentechnik Kenngrößen Bestimmt durch Kantenlänge bzw. Abstand der Pixelzentren Angabe in Linienpaaren pro mm Lp/mm Visuelles Auflösungsvermögen von Aufzeichnungssystemen (Grenzfrequenzen) System Lp / mm folienloser Film Film - Folien - Systeme feinzeichnend universal hochverstärkend Speicherfolie elektronischer Flachdetektor 50 14 5 < 5 ( 8) 3,5 Digitale Röntgentechnik Ortsauflösung Großforma5ge Aufzeichnungssysteme: Im Allgemeinen geringer als Film-Folien-Kombina5on Speicherfolien 35 X 45 etwa 2,5 Lp/mm 18 X 24 maximal 5,0 Lp/mm Verbesserung durch neue Systeme z.b. beiderseits auslesbare Folien 4
Digitale Röntgentechnik Ortsauflösung Festkörperdedektoren 43 X 43 etwa 3,5 Lp/mm Bei Kantenlänge Pixel 0,1 0,2 mm Matrix 3000 X 3000 Mindestanforderung ACVR: 2,5 Lp/mm Digitale Röntgentechnik Kenngrößen Bild5efe (Speicher5efe) Jedem Pixel dosisabhängig Grauwert zugeordnet à Matrix aus Pixeln und Grauwerten Gesamtzahl der unterscheidbaren Grauwerte = Speichertiefe Datenverarbeitung: Binäres System Analog Digital (AD-Converter) 0 und 1 Kleinste Datenmenge: bit = 2 1 = 2 Graustufen Beispiel: 8bit= 2 8 = 256 Graustufen = 1 Byte 5
Bildtiefe (Speichertiefe) àanzahl der Grauwerte in Bit/Pixel = Dynamikbereich 24 = 28 = 16 weiß 256 210 = 1024 212 = 4096 214 = 16384 schwarz Moderne Speichertiefe : 14 bit = 16384 Graustufen Digitale Röntgentechnik Quantenwirkungsgrad (Detec5ve Quantum Efficiency, DQE) Maß zur Bewertung der Bildqualität Gibt an, wie gut ein Detektor Röntgenquanten in Bildinforma5on wandeln kann 6
Digitale Röntgentechnik Quantenwirkungsgrad (Detec5ve Quantum Efficiency, DQE) Systeme mit hoher DQE benö5gen weniger Dosis für eine bes5mmte Bildqualität Strahlenschutz! Detektor - Quanten - Effizienz (DQE) = Quantenwirkungsgrad Film - Folien - System KODAK lanex medium / T-mat DG 24 % Speicherfolie FUJI ST-V 35 % FUJI HR 21 % FUJI Dual Reading FCR 5000 40 % AGFA DX-S 45 % Elektronischer Flachdetektor TRIXEL Pixium 4600 65 % Schwärzungskurve: Röntgenfilm vs. digitale Systeme Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu OPTISCHE DICHTE/ öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, SCHWÄRZUNGund öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und BZW. PIXELWERT dann erneut einfügen. Röntgenfilm digitale Systeme Belichtungsspielraum DOSIS 7
Dynamikbereich/Belichtungsspielraum: digital versus analog Umfang vom niedrigsten bis höchsten Signal, das detek5ert und zur Bildarstellung genutzt werden kann Pixelwert digital 1 : 10000 bis 1 : 40000 analog 1 : 30 Belichtungsspielraum Dosis Kennlinie: Röntgenfilm vs. digitale Systeme Strahlenschutz: Fehlbelichtete Aufnahmen meist noch auswertbar Besonders wichtig in mobiler Praxis Reduktion der Wiederholungsaufnahmen Pixelwert Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Belichtungsspielraum Dosis Kennlinie: Röntgenfilm vs. digitale Systeme Pixelwert Es können Signale sehr unterschiedlicher Stärke erfasst werden: Dynamikbereich 1 : 10000 bis 1 : 40000 Rö-Film: 1 : 30 Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Strahlenschutz: prinzipiell Möglichkeit zur Dosisreduktion abhängig vom DQE! Belichtungsspielraum Dosis 8
Zusammenhang zwischen Dosis und Bildqualität? Unterbelichtung korrekte Belichtung Überbelichtung FSS digital system Bildrauschen Quantenrauschen entsteht durch zufällige Verteilung der auftreffenden Röntgenquanten statistische Verteilung der Röntgenquanten pro Fläche à mas Dosis (mas) à Signal zu Rausch Verhältnis (SNR) 42 kv, 16 mas 42 kv, 2 mas 9
Gefahr i.s. des Strahlenschutzes FFS bestrac Überbelichtung: black box DR/CR: Überbelichtung wird mit guter Bildqualität belohnt (SNR) Kein direkter Zusammenhang Zwischen Bildhelligkeit und Dosis à Überbelichtung nicht erkennbar Deshalb: Dosisindikator DQE: digital hoher Belichtungsspielraum durch hohe Quanteneffizienz (DQE) des digitalen Detektors DQE Anteil der detek.erten Photonen à höher in digitalen Systemen à Dosisreduk5on gegenüber analogen Systemen möglich!! Chance zur DosisredukVon im digitalen Röntgen nutzen! Möglichkeiten zur Dosisreduk5on höhere DQE: bessere Quantenausbeute bei rela5v niedrigerer Dosis moderne CR Systeme 2-4fach höhere Sensi5vität als FS, Detektoren auf Seleniumbasis noch höher niedriges SNR kann für bes5mmte Indika5onen absichtlich in Kauf genommen werden à mas Reduk5on 10
Digitale Radiographie: Auslesealgorithmus / Nachbearbeitung Vorauslesung (pre-read) Hauptauslesung (main-read) benutzerseitige Manipulation Signal processing: edge enhancement, contrast enhancement, harmonizing... Figure 7. Image postprocessing. The image on the far left represents the initially acquired raw data without any RadioGraphics 2004 11
Signalverarbeitung: Grauwertänderung + Filterfunktionen Nachfenstern von Regionen mit hohem Kontrast Fehler in der Datenprozessierung zu viel Kantenanhebung verschluckt Befunde... 12
Fehler in der Datenprozessierung... oder produziert Artefakte Überschwinger elektron. Phänomen Grenzen mit hohem Dichteunterschied à weniger Kantenanhebung Ludewig et al., Prakt. Tierarzt 2007 Fehler in der Datenprozessierung niedrige Speicher5efe: niedrige Anzahl an Graustufen (& Kantenanhebung) 13
Digitale Radiographie: Bildbetrachtung Monitorbefundung Vorteil: alle vom Detektor aufgezeichneten und von der Nachbearbeitung modifizierten Grauwerte können wiedergegeben werden Nur 256 (1024) Graustufen gleichzeitig Fenstertechnik Digitale Radiographie: Bildbetrachtung Monitorbefundung Befundungsmonitore sollten Mindestanforderungen erfüllen Bildschirmmatrix Maximalkontrast maximale Leuchtdichte Digitale Radiographie: Bildbetrachtung Befundungsmonitore müssen Mindestanforderungen erfüllen: HD-ED Mindestanforderungen: Bilddiagonale: 19 Zoll Matrix: 1280 x 1024 Maximalkontrast: 400 Leuchtdichte: 250 cd/m2 14
digitale Radiographie: Bilddatentransfer DICOM - viewer digitale Radiographie: Bilddatentransfer + Archivierung Datenmengen Bildmatrix Speicherbedarf / Bild (MB) 256 x 256 0,125 MRT, CT, US, Nuklear 512 x 512 0,5 MRT, CT, DSA 1024 x 1024 2,0 DSA 2048 x 2048 8,0 FD, DLR 4096 x 4096 32,0 FD, DLR Netzwerk Speichermedium / Archivsystem CD: 700 MB OD: 2,3 GB DVD: 4,7 GB WORM: 5,2... 9,6 GB RAID:... TB Visuelles Auflösungsvermögen von Aufzeichnungssystemen Festkörperdedektoren 43 X 43 etwa 3,5 ( 8) Lp/mm Bei Kantenlänge Pixel 0,1 0,2 mm Matrix 3000 X 3000 minimum requirements ACVR: 2,5 Lp/mm 15
Fazit bei optimaler Abstimmung der Einzelschritte Dosisreduktion und vereinfachter Arbeitsablauf möglich à vieles einfachre und schneller im digitalen Röntgen à Bildqualität mindestens ebenbürtig à sehr hohe Kontrastauflösung à großer Belichtungsspielraum à DQE à Netzwerk / Archiv ABER: RISIKO der konstanten unnötigen Überbelichtung à Belichtungstabellen Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 16