Optimering av röntgenundersökningar med hjälp av datorsimulering av det bildgivande systemet

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Optimering av röntgenundersökningar med hjälp av datorsimulering av det bildgivande systemet"

Sten Larsson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Optimering av röntgenundersökningar med hjälp av datorsimulering av det bildgivande systemet David Dance, Gudrun Alm Carlsson, Jan Persliden, Graham McVey, Roger Hunt, Gustaf Ullman, Alexandr Malusek, Markku Tapiovaara, Martin Yaffe, Anders Tingberg, Magnus Båth, Lars-Gunnar Månsson, Sören Mattsson, Ebba Helmrot, Patrik Sund, Markus Håkansson, Elly Castellano, Anne Thilander Klang, Jan-Ove Christoffersson, Sonia Lester, Claire Skinner, Joakim Medin, Francis Verdun, Finn Pedersen, Maria Magnusson- Seger, Anja Almen, Susanne Kheddache, Jack Besjakov, Birgitta Lanhede,Torsten Almen, Peter Hammersberg, Måns Mångård, Olle Eckerdal, Keith Wise, Walter Huda, Werner Panzer, Maria Zankl, Clemens Herrman, Andrew Maidment, Marc Pachoud Innehållsförteckning Beskrivning av datorsimulering av röntgenundersökningen s.k. Monte Carlo modellen Med tillämpning inom Radiografi Mammografi Fluoroskopi Varför simulering? Datorsimulering av bildkedjan Allt bättre kunskap om grundläggande problemen inom radiografi Datorkraften blir allt billigare Det är Kul! Exempel Krocktester av bilar Konstruktion av flygplan Väderprognoser SMHI Röntgenrör Bländare Patient Bordskiva Raster Bilddetektor Datorsimulering av bildkedjan Hur går datorsimuleringarna till? Använder slumptal & fysikens lagar Baseras på miljontals röntgenfotonfärder Dos- och bildkvalitetsmått kan beräknas och jämföras Potentiellt ett kraftfullt optimeringsredskap

Jan-Ove Christoffersson, Sonia Lester, Claire Skinner, Joakim Medin, Francis Verdun, Finn Pedersen, Maria Magnusson- Seger, Anja Almen, Susanne Kheddache, Jack Besjakov, Birgitta Lanhede,Torsten

2 Följ fotonen till patienten Låt den växelverka i patienten Eller passera rakt igenom Vissa fotoner sprids i patienten En eller flera gånger För att till sist fastna i rastret Raster

3 Andra fotoner bidrar till bilden Voxelfantom vår patient 56 organ eller vävnader 3mm voxlar 5 olika vävnader (ben, muskel, luft benmärg, lunga) Raster Antropomorft lungfantom Simulerad bild och riktig bild Simulerad röntgenbild Ingen spridd strålning Riktig röntgenbild Vanligt raster Placerat i CTn.7 x.7 x.7 mm Segmenterat Implementerat i MC Simulerat PA lunga Se Ullman et al 6 Proc. SPIE 64 Röntgenbild erhållen från Magnus Båth Göteborg Simulerad bild och riktig bild Inzommad detalj Simulerad röntgenbild Inget raster Riktig röntgenbild Vanligt raster Simulerad bild Riktig bild i simulerade data pga..7x.7x.75 mm voxlar i CTn. i simulerade data pga..7x.7x.75 mm voxlar i CTn. 3

7 x.7 mm Segmenterat Implementerat i MC Simulerat PA lunga Se Ullman et al 6 Proc.

4 SNR /D (µgy - ) Inzommad detalj Simulerade lungröntgenbilder 7kV 4kV Simulerad bild Riktig bild i simulerade data pga..7x.7x.75 mm voxlar i CTn. i simulerade data pga..7x.7x.75 mm Antropomorft fantom från Malmö Simulerat av Gustaf Ullman Radiofysik Linköping Optimeringsexempel Vilken kv är bäst med jod? Fluoroskopi Tapiovaara M. J. Sandborg M. and Dance D. R. Phys. Med. Biol., 44, (999) Mammografi David R Dance Anne Thilander-Klang, Michael Sandborg, Claire L Skinner, Isabel Castellano Smith, and Gudrun Alm Carlsson Br J Radiology () Kolfiber-raster,.5mm Cu Kolfiber-raster, Inget Cu-filter Mätningar (datapunkter) : mätning _ : simulering Monte Carlo simuleringar (kurvor) Röntgenbildförstärkare cm Plexiglas och 3mg/cm jod-detalj Med och utan raster Med och utan Cu Lungröntgen Gustaf Ullman, Michael Sandborg, David R Dance, Roger A Hunt and Gudrun Alm Carlsson Phys Med Biol 5, (6) Inget raster, Inget Cu-filter Rörspänning (kv) Låga rörspänningar optimala vid jodkontrastmedel Optimeringsprincip Luftgap eller raster? Nyfödd. Hitta exponeringsvärden som är de mest dos-effektiva, t.ex. högst SNR /dos. Låt radiologen avgöra hur hög dos/dosrat som behövs för frågeställningen Luftgap något bättre än CF-raster och betydligt bättre än Alraster A Luftgap, SNR=7 B CF-raster, SNR=5 Samma dos i bild A och B SNR /D (µgy - ) Luftgap Al-raster y CF-raster Rörspänning (kv) 4

Fluoroskopi Tapiovaara M. J. Sandborg M. and Dance D. R. Phys. Med. Biol.

5 Luftgap eller raster? 5 åring Mammografi A B CR-raster betydligt bättre än Luftgap CF-raster, SNR=5 Luftgap, SNR= Samma dos i bild A och B SNR /D (µgy - ) 5 5y 4 CF-raster 3 Luftgap Rörspäning (kv) focal spot compression plate breast support plate etc. Uppmätta röntgenspektrum Modellen inkluderar kompressionsplatta, bröst, bordsplattan, raster, kassetten och bilddetektorn Tumör och µ-kalk. Kontrast och SNR ger bildkvaliteten AGD som riskmått Resultat - skärm-film mammografi 4 cm bröst, 5% glandularity, calc 8 cm bröst, 5% glandularity, calc Average glandular dose (mgy) kv 3 kv 8 kv 6 kv 5 kv Fina hörnet Contrast Average glandular dose (mgy) kv 3 kv 5 6 kv 8 kv 5 kv Contrast Digital mammografi, 4cm bröst Digital mammografi forts. Average glandular dose (mgy) SNR=5 5% above minimum SNR=5 cm komprimerad brösttjocklek 8 cm komprimerad brösttjocklek Tube potential (kv) Tunna bröst Mo-anod bra Sectras W/Al ska utvärderas Tjocka bröst W & Rh-anod bättre 5

compression plate breast support plate etc. Uppmätta röntgenspektrum Modellen inkluderar kompressionsplatta, bröst, bordsplattan, raster, kassetten och bilddetektorn Tumör och µ-kalk.

6 Lungröntgen Samma effektiva dos till patienten Bäckenröntgen Samma effektiva dos till patienten,5,5 -,5 - -,5 - Radiologer Chest PA Tube voltage (kv) Modellberäkning Chest PA Tube Voltage (kv) Radiologer Pelvis AP,5,5 -,5 - -, Tube voltage (kv) Modellberäkning Pelvis AP Tube Voltage (kv) Samvariation Radiologer - Modell Lungröntgen Raster el. Luftgap? Lungor Chest PA Bäcken Pelvis AP SNR /E 7kV 5kV - 5kV - -,5 -,3 -,,,3,5 - kv Nästan dubbelt så doseffektivt med luftgap än med raster Anatomiskt bakgrund Slutsats i simulerade data pga..7x.7x.75 mm. Hetrogen bakgrund Homogen bakgrund Detektionseffektiviteten är avsevärt lägre i en hetrogen bakgrund än i en homogen bakgrund Monte Carlo modellen rankar de bildgivande systemen i samma ordning som radiologgruppen Modellen används för sökande efter dossnåla inställningar på röntgenutrustningen Radiologen avgör hur mycket dos som behövs 6

Luftgap? Lungor Chest PA Bäcken Pelvis AP SNR /E 7kV 5kV - 5kV - -,5 -,3 -,,,3,5 - kv - -.5 -.3 -...3.5 Nästan dubbelt så doseffektivt med luftgap än med raster Anatomiskt bakgrund Slutsats i simulerade data pga.

7 Begränsningar Noggrannhetenen ( riktighet ) begränsas av kunskap om ingångsdata % Precisionen (stokastiken) begränsas av datorkapaciteten (och programeraren) 3% Tillämpbarheten begränsas av i vilken utsträckning klinisk bildkvalitet låter sig beskrivas av fysikaliska bildkvalitetsstorheter som t.ex. SNR. 7

programeraren) 3% Tillämpbarheten begränsas av i vilken utsträckning klinisk

Relevanta dokument

Optimering av röntgenundersökningar med hjälp av datorsimulering av det bildgivande systemet

Optimering av röntgenundersökningar med hjälp av datorsimulering av det bildgivande systemet David Dance, Gudrun Alm Carlsson, Jan Persliden, Graham McVey, Roger Hunt, Gustaf Ullman, Alexandr Malusek,