Indholdsfortegnelse 1 INDLEDNING... 5

Transkript

1 Indholdsfortegnelse 1 INDLEDNING DEN DIGITALE RADIOGRAFI Fordele ved DR og CR i forhold til F/F Ulemper ved DR og CR i forhold til F/F Fordele ved DR i forhold til CR OPGAVENS FOKUS FORMÅL PROBLEMFORMULERING OPGAVEMETODE OPGAVENS OPBYGNING LITTERATUR RESSOURCEPERSONER FORSØGSMETODE OG MATERIALER INDIREKTE DR Tekniske data for Philips indirekte detektorplade Funktion af indirekte DR: CR OG IMAGE READER Tekniske data for PCR Funktion af CR VALG AF KV OG MAS DELKONKLUSION FANTOM RASTER BLYRAMME TIL BLÆNDEKANTER SEKUNDÆR FILTRERING FORBEREDELSE AF UNDERSØGELSESRUM DELKONKLUSION EKSPONERINGSPROTOKOL PRINTER DELKONKLUSION BETRAGTNINGSSKÆRME OBSERVATØRER TIL VURDERING AF BILLEDERNE VURDERING OG BEARBEJDNING AF BILLEDER... 27

2 3.17 DELKONKLUSION FORSØGSOPSTILLING OG UDFØRELSE FORSØGSOPSTILLING UDFØRELSE AF FORSØGET: FORSØGSRESULTATER SAMMENLIGNING AF OBSERVATØRERNES RESULTATER STATISTIK AFLÆSNINGSMETODE TIL FORSØGSRESULTATER FORSØGSRESULTATER FOR CR Samlet vurdering af forsøgsresultaterne ved CR: FORSØGSRESULTATER FOR DR Samlet vurdering af forsøgsresultaterne ved DR: IMAGE QUALITY FIGURE (IQF) DELKONKLUSION SAMMENLIGNING AF CR OG DR IQF-kurve DELKONKLUSION DISKUSSION RESUME AF FORSØGET DISKUSSION AF EGNE RESULTATER I FORHOLD TIL ANDRE FORSØG DISKUSSION AF VALG AF MATERIALER OG METODE Protokol Raster og FFA Dosismåling Blyramme DISKUSSION AF EGNE FORSØGSRESULTATER RETROSPEKTIV VURDERING AF VORES FORSØG KONKLUSION PERSPEKTIVERING LITTERATURLISTE BILAGSFORTEGNELSE

3 1 Indledning I dag er computerteknologien i en hastig udvikling, og i takt med dette udvikles den digitale radiografi. Den digitale radiografi startede i slutningen af 1970erne, hvor Fuji udviklede Computer Radiografi (CR) med anvendelse af fosfor billedplader, og dette system bruges i dag på langt de fleste hospitaler i Danmark. (1 s.397; Bilag A) I 1990erne blev den Direkte Radiografi (DR) udviklet, hvor der anvendes detektorer til opsamling af billeddata. Denne modalitet har også vundet stort indpas på de danske sygehuse. (1 s.404; Bilag A) Flere forudsiger, at den digitale radiografi helt vil erstatte konventionel film/folie (F/F) inden for nær fremtid. (1 s.372; 2 s.293) Inden for CR og DR er der problemstillinger omkring, hvilken modalitet der er mest strålehygiejnisk, og hvilken der giver den bedste billedkvalitet, og der findes et stort udbud af videnskabelige udenlandske artikler omkring dette emne. Da vi i vores fremtidige virke som radiografer vil komme til at arbejde med den digitale radiografi, finder vi det relevant at arbejde mere i dybden med disse modaliteter og problematikken omkring billedkvaliteten. Vi har derfor valgt dette som vores overordnede emne i bacheloropgaven. 1.1 Den digitale radiografi CR og DR er forskellige modaliteter, der hver især har deres fordele og ulemper, og vi vil herunder anskueliggøre nogle af de centrale punkter set i forhold til hinanden og F/F Fordele ved DR og CR i forhold til F/F Man har ved hjælp af computerteknologien fået mulighed for at lave efterfølgende billedbehandling, såsom ændring af window/level, kantforstærkning, støjreduktion og filtrering. (1 s.418) Det vil sige, at hvis man har et røntgenbillede, der er overeller undereksponeret, er det muligt ved hjælp af billedbehandling at opnå et diagnostisk tilfredsstillende resultat. Derved undgås omeksponering og man sparer patienten for yderligere dosis. Grunden til at dette overhovedet kan lade sig gøre, er dels, at systemerne automatisk bearbejder billederne, og dels den efterfølgende manuelle billedbehandling på arbejdsstationerne. (2 s.308; 3 s.225) Digitaliseringen giver også mulighed for, at billederne kan arkiveres elektronisk, for eksempel via Picture Archiving and Communication System (PACS), og dermed kan 5

4 man spare film og arkiveringsplads, da man ikke længere behøver at printe billederne ud. Det betyder også, at billederne bliver lettere tilgængelige for andre afdelinger og andre hospitaler, som er koblet op på samme netværk. Desuden undgår man at film går tabt, når de for eksempel udlånes til andre afdelinger. (1 s ) Ulemper ved DR og CR i forhold til F/F Vi har ved den digitale radiografi oplevet, at man ikke længere er så bevidst omkring indstilling af eksponeringsfaktorer, da man efterfølgende kan redde de fleste billeder, selvom de for eksempel er over- eller undereksponerede. (2 s.308) Ydermere er der ved CR og DR risiko for, at data kan gå tabt på grund af for meget manipulation ved efterbehandlingen af røntgenbillederne. (2 s.85) Endnu en ulempe er, at systemet kan være meget sårbart, hvis computerne går ned på grund af for eksempel menneskelige fejl eller virus. (2 s.80-81) Dette har vi oplevet forsinker dagsprogrammet betydeligt, og det kan være nødvendigt at aflyse undersøgelser. Det får også betydning for andre afdelinger, der har behov for at se røntgenbilleder, for eksempel operationsgangen og skadestuen, da de derved ikke kan hente billeder og gennemføre deres behandling Fordele ved DR i forhold til CR Ved DR er det muligt at opnå en bedre arbejdsgang og patientkontakt, da man ikke skal ud af rummet og fremkalde filmene, og dermed er DR også mere ergonomisk, da man ikke skal løfte kassetter. Undersøgelsestiden bliver generelt kortere, og det er muligt at gennemføre flere undersøgelser i rummene på en dag. (4) Ved DR er det muligt at spare dosis til patienten, da detektorerne har en høj følsomhed, og derfor ikke kræver samme mængde røntgenstråling for at opnå et diagnostisk acceptabelt billede. CR behøver to til tre gange mere stråling for at opnå den samme billedkvalitet. (2 s.308) Dette verificeres af et fantomforsøg udført af Læge Frank Fischbach i Han fandt i sit forsøg frem til, at dosis kunne nedsættes signifikant med op til 70 % ved DR i forhold til CR, med den samme billedkvalitet. (5) Forsøget viser, at det er muligt at sænke dosis ved DR i forhold til CR, men dette skal dog ses som et enkeltstående forsøg udført på et specifikt hospital, og det kan ikke umiddelbart overføres direkte til andre DR- og CRsystemer. Det vil sige, at det teoretisk er muligt at sænke dosis ved DR i forhold til CR, hvor den samme billedkvalitet bibeholdes. Det er imidlertid ikke vores praktiske erfaring fra klinikken, at man udnytter denne mulighed, da man ved mange 6

5 undersøgelser benytter samme eksponeringsfaktorer ved både DR og CR. For at undersøge hvorvidt dette er gældende på flere hospitaler, har vi samlet oplysninger i form af de forprogrammerede eksponeringsdata fra to større hospitaler, hvor man anvender identiske Philips CR- og indirekte DR-systemer. Ved at sammenligne eksponeringsdata fra DR og CR fra den enkelte afdeling så vi, at der ikke ved alle undersøgelser er sammenhæng mellem modaliteten og de eksponeringsfaktorer der er forprogrammeret. I nogle undersøgelser gives en højere mas ved CR end ved DR, hvor det forholder sig omvendt ved andre undersøgelser. (Bilag B) Resultaterne af de indsamlede data giver et billede af, at optimeringen af de forprogrammerede eksponeringsdata ved DR og CR, ikke er højt prioriteret. Vi finder det interessant at undersøge, om det teoretisk er muligt at sænke mas ved DR i forhold til CR indenfor forskellige kv-områder, hvor en diagnostisk tilfredsstillende billedkvalitet bibeholdes. Vores mål er derfor at lave et forsøg, som kan munde ud i nogle teoretiske retningslinjer for optimering af mas i undersøgelsesprotokollerne for DR og CR. Vi ser optimering som en vigtig del af radiografens arbejde og ifølge BEK. 823 i afsnittet om optimering skrives der: Alle doser skal holdes så lave som rimeligt opnåeligt. (6) Denne bekendtgørelse samt ALARA princippet (As Low As Reasonably Achievable) (7 s.3) foreskriver, at vi skal begrænse dosis til patienten og dette betyder i praksis, at vi skal optimere systemernes protokoller og udnytte de muligheder, der er til rådighed. Det er imidlertid problematisk at optimere protokollerne, da der er mange faktorer som influerer på det endelige resultat, såsom rumlig opløsning (RO), lavkontrastopløsning (LO), støj og artefakter. Det er ikke nemt at definere billedkvaliteten, idet de omtalte faktorer alle påvirker hinanden i det endelige billede, og dermed er det svært at arbejde med dem adskilt. (1 s.272, 300) Inden for radiologien er billedkvalitet et mål for, om billedet indeholder tilstrækkeligt med informationer til, at det er muligt at diagnosticere korrekt ud fra det. (2 s.255) Den overordnede billedkvalitet er en kombination af RO og LO. (3 s.139) LO er forskellen i gråtoner imellem tætliggende regioner med små absorptionsforskelle, hvor støj er en begrænsende faktor, da denne kan udviske absorptionsforskellene. (1 s.401) RO er et udtryk for evnen til at fremstille små strukturer med stor indbyrdes absorptionsforskel. (2 s.255; 1 s.272). Da det er digital radiografi der er vores fokusområde, er det væsentligt at pointere, at CR og DR som udgangspunkt er kendetegnet ved en ringere RO end F/F, da et 7

6 digitalt billede er begrænset af pixelstørrelsen. (1 s.398, 402) Imidlertid er LO bedre på grund af en stor dynamic range og mulighederne for efterfølgende billedbehandling. Ved at manipulere med window/level-værdierne, bliver det muligt at se både bløddele og knogler i samme eksponering. (2 s.281; 1 s.403; 3 s ) Da LO er en af den digitale radiografis store forcer, finder vi det relevant at måle på denne parameter i vores forsøg. RO er også en vigtig faktor, da DR og CR ofte bruges til knogleoptagelser, hvor der fokuseres på små strukturer med store absorptionsforskelle. Vi vil derfor i vores forsøg undersøge billedkvaliteten ved CR og DR i forhold til LO og RO. Indenfor digital radiografi har en ændring i kv ikke en signifikant betydning for kontrasten i et billede, mens en ændring i mas har en indflydelse. (3 s.141) Højere mas giver mindre støj og dermed bedre LO, men også større stråledosis til patienten, da mas og stråledosis er ligefremproportionale, når alle andre faktorer holdes konstant. (8 s.212) Derfor vil vi i vores forsøg fokusere på ændringen af mas i forskellige kv-områder. Det er ikke muligt at lave forsøg på patienter, da dette er uetisk og strider mod lovgivningen på området. (9 kap.13 66) Vi vil derfor lave forsøg med et fantom, og dermed et teoretisk forsøg for optimering. Fantomforsøget kan give et fingerpeg om hvad der er muligt, men i sidste ende må det komme an på forsøg i praksis. 1.2 Opgavens fokus Den digitale radiografi er fremtiden på de radiologiske afdelinger, og derfor finder vi det relevant at arbejde med disse modaliteter i vores bacheloropgave. Vi har erfaret at ikke alle undersøgelsesprotokoller er optimeret, og der findes ikke nogen retningslinier for, hvordan dette kan gøres. Vi vil lave et fantomforsøg, som kan munde ud i nogle teoretiske retningslinier for optimering af det digitale udstyr i forhold til mas. Vi vil vurdere og sammenligne CR og DR s evne til at fremstille RO og LO i billederne i forskellige kv-områder med en varierende mas. Vi vil udføre vores forsøg på en billeddiagnostisk afdeling, der anvender Philips CR og indirekte DR. 1.3 Formål Formålet med opgaven er at lave et fantomforsøg, hvor CR og DR s evne til at fremstille RO og LO sammenlignes og vurderes. Heraf er målet at finde frem til 8

7 nogle teoretiske retningslinier for optimering af mas i undersøgelsesprotokollerne, samt sætte fokus på problemstillingen omkring manglende optimering. 1.4 Problemformulering Hvilke teoretiske retningslinier for optimering af mas ved Computer Radiografi og Direkte Radiografi kan der opstilles afledt fra et fantomforsøg, hvor systemernes evne til at fremstille rumlig opløsning og lavkontrastopløsning vurderes og sammenlignes? Nøglebegreber: Optimering skal forstås som balancen mellem dosis/mas og billedkvalitet. 2 Opgavemetode Vi har valgt at lave en opgavemetode, hvor vi gennemgår opgavens opbygning, den valgte litteratur, samt redegør for de ressourcepersoner, vi har anvendt i forbindelse med udarbejdelsen af bacheloropgaven. Forsøgsmetoden gør vi rede for i afsnit 3: Forsøgsmetode og materialer. 2.1 Opgavens opbygning Denne opgave tager udgangspunkt i en teknisk problemstilling, hvor vi i vores problemformulering har valgt at fokusere på et fantomforsøg. Vi vil vurdere og sammenligne billedkvaliteten ved CR og DR i forhold til RO og LO, for at kunne opstille nogle teoretiske retningslinier for optimering af mas i undersøgelsesprotokollerne ved det digitale udstyr. Vores indgangsvinkel er naturvidenskabelig og kvantitativ, da det er en analyse af klinisk arbejde baseret på målbare data. (10 s.108) Som fremgangsmåde vil vi starte med teoretisk at gøre rede for valg af materialer og metode til vores fantomforsøg, der skal føre os frem til en velunderbygget forsøgsbeskrivelse, der vedlægges som bilag. Vi vil undervejs i teorien lave delkonklusioner, hvor vi vil gøre rede for vores valg af materialer og metode i forhold til forsøget. Herefter vil vi udføre forsøget i praksis, og på baggrund af forsøgsresultaterne, vil vi analysere vores forsøg og diskutere vores resultater i forhold til teorien og tidligere publicerede undersøgelser. Herudfra vil vi qua 9

8 problemformuleringen arbejde os frem til nogle teoretiske retningslinier for optimering af mas i undersøgelsesprotokollerne ved CR og DR. Afslutningsvis vil vi perspektivere i forhold til formålet og konklusionens konsekvenser. 2.2 Litteratur Vi har på et tidligt tidspunkt søgt på artikeldatabasen PubMed (11) for at finde relevante baggrundsartikler til vores projekt. Artiklerne har givet inspiration og har hjulpet os til opbygningen af vores fantomforsøg, og derudover bruger vi dem til diskussion af vores forsøgsresultater. Begrundelsen for at vælge PubMed er, at man på denne søgemaskine kan finde videnskabelige artikler fra mange forskellige tidsskrifter, og vores emne har vist sig at være rigt repræsenteret i denne artikeldatabase. Vi har søgt på artikler der omhandler: Digital radiography, storage phosphor, flat panel detector, contrast-detail phantom og image quality. Vi anvender primært fire videnskabelige originalartikler, som alle er baseret på fantomforsøg omkring billedkvalitet ved CR og DR. Den første artikel er Flat Panel Digital Radiography Compared With Storage Phosphor Computed Radiography, Assessment of Dose Versus Image Quality in Phantom Studies, som er udgivet i (5) Hovedforfatteren er Frank Fischbach, som er læge på Medical Faculty of the Humboldt University i Berlin. Den anden artikel, vi har valgt at benytte til vores opgave er Amorphous Silicon, Flat-Panel, X-Ray Detector Versus Storage Phosphor-Based Computed Radiography: Contrast-Detail Phantom Study at Different Tube Voltages and Detector Entrance Doses, som er publiceret i (12) Hovedforfatteren er Okka W. Hamer, som er Læge på University Hospital of Regensburg i Tyskland. Begge artikler er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Investigative Radiologi, der udgiver originale og peer-reviewed artikler omkring kliniske undersøgelser inden for radiologien. Tidsskriftet har en impactfactor på 1990, hvilket angiver hvor mange gange en gennemsnitsartikel i tidsskriftet er blevet citeret i et bestemt år. (13; 14) I forhold til tidsskriftets impactfactor og forfatternes status, finder vi disse artikler på et højt niveau og velegnet til vores opgave. Den tredje artikel vi vil anvende i opgaven er Image quality vs radiation dose for a flat-panel amorphous silicon detector: a phantom study, hvor hovedforfatteren er Håkan Geijer, som er overlæge ved Ørebro Medical Centre Hospital i Sverige. (15) Artiklen er publiceret i 2001 i det videnskabelige tidsskrift European Radiology, 10

9 som er det officielle tidsskrift for flere europæiske radiologiske selskaber. (16) Tidsskriftet har en impactfactor på 1969, hvorfor vi finder artiklen egnet til vores opgave. (17) Den sidste artikel vi vælger til inspiration af forsøgsmetode og diskussion af resultater er: Skeletal Applications for Flat-Panel versus Storage-Phosphor Radiography: effect of Exposure on Detection of Low-Contrast Details. (18) Hovedforfatteren af artiklen er læge Martin Uffmann fra Department of Radiology, University of Vienna Medical School, Allgemeines Krankenhaus Wien i Østrig. Forsøget er udført i samarbejde med Philips Medical Systems i Tyskland, hvorfor vi tager forbehold for dette, når vi anvender artiklen i opgaven. Artiklen er publiceret i 2004 i det videnskabelige tidsskrift Radiology, som har en impactfactor på 4815, og derfor er et anerkendt tidsskrift inden for radiologien. (17) I forhold til forfatterens og tidsskriftets status finder vi artiklen velegnet til vores opgave. Af sekundære artikler, som belyser aspekter af teorien, anvender vi: Workflow Assessment of Digital versus Computed Radiography and Screen-Film in the Outpatient Environment, som er en artikel fra 2002 skrevet af læge Kathrine P. Andriole omkring arbejdsgang og produktivitet ved CR og DR. (4) Endvidere benytter vi Exposure Indicators in Digital Radiography: What Is Their Relation to Exposure?, som er en artikel fra Philips Medical Systems i Tyskland omkring exposure indicator (EI) i den digitale radiografi. (19) Derudover anvender vi Artefacts found in computed radiography, som er skrevet af LJ Cesar og publiceret i The British Journal of Radiology i (20) Valg af primæerlitteratur tager udgangspunkt i ønsket om at arbejde med litteratur på et højt niveau og af en nyere dato. Vi vælger at bruge Bushberg: The essential physics of medical imaging (2), Bushong: Radiologic science for technologists (1) og Seibert: Practical digital imaging and PACS (3), da disse bøger har afsnit der omhandler fysikken og billedkvaliteten ved digital radiografi. Både Jerrold Bushberg og J. Anthony Seibert er PhD og professorer på radiologisk afdeling ved Unversity of California Davis Medical Center, Sacramento i Californien og Stewart Bushong er PhD og professor på radiologisk afdeling ved Baylor College of medicine i Houston, så på baggrund af deres uddannelse og status finder vi litteraturen på et højt niveau. Desuden er litteraturen relativ ny (2002, 2004 og 1999), 11

10 og dette er væsentligt i forhold til den digitale radiografi, da der udviklingsmæssigt sker meget inden for området. Som sekundær litteratur anvender vi Carlton & Adler: Principles of Radiographic Imaging ; 2001 (8), og PP Dendy: Physics for diagnostic radiology ; (21) Denne litteratur benytter vi primært til afsnit der omhandler røntgenteknik, da disse forfattere alle er teknisk uddannede. Derudover benytter vi Klaus Johansen: Basal sundhedsvidenskabelig statistik ; 2002, som vi anvender til statistisk analyse af vores forsøgsresultater. (22) Til forståelse og beskrivelse af det specifikke apparatur, bruger vi manualer og produktbeskrivelser fra Fuji, samt fra Philips, som er producenten af det CR- og DRapparatur, vi benytter ved vores fantomforsøg. Vi er klar over, at materialet ikke altid afspejler virkeligheden, da det også anvendes som salgsmateriale. Derudover benytter vi Internettet til at finde vejledninger og bekendtgørelser fra Statens Institut for Strålehygiejne (SIS), samt produktinformation om fantomer, printer og raster. For at få et overblik over, hvor udbredt CR og DR er på landsplan, har vi desuden taget telefonisk kontakt til de ansvarlige fysikere i samtlige amter. (Bilag A) 2.3 Ressourcepersoner Vi har i forbindelse med forarbejdet til vores projekt fået råd og vejledning fra forskellige ressourcepersoner. En radiograf og ekstern underviser i digital radiografi har givet os vejledning og udleveret baggrundsmateriale, som skal hjælpe os til en større forståelse af de tekniske problemstillinger, der kan opstå. Vi har været i kontakt med en Philips tekniker med radiograffaglig baggrund, som har hjulpet os med at udvælge de mest hensigtsmæssige protokoller til billedbehandlingen ved CR og DR. Han har desuden hjulpet os med at besvare spørgsmål omkring specifikke problematikker i forhold til Philips apparatur. Vi har haft kontakt med flere fysikere, både i Københavns Amt og i H:S, for at finde frem til en hensigtsmæssig forsøgsopstilling, samt udlån af fantom til forsøget. Endvidere har Radio Fysisk afdeling været behjælpelige med at støbe en blyramme, vi vil anvende i forsøget. 3 Forsøgsmetode og materialer Vi vil i dette afsnit teoretisk gøre rede for, hvilket udstyr og hvilken metode vi vælger at anvende i vores forsøg. Vi gennemgår det apparatur vi vil benytte, for at 12

11 forsøget bliver reproducerbart, og andre kan anvende vores resultater på deres digitale modaliteter. Derudover vil vi på baggrund af teori argumentere for valg af øvrige faktorer, der har relevans for vores forsøgsmetode. 3.1 Indirekte DR Til vores forsøg anvender vi Philips Digital Diagnost, Pixium 4600 fra Trixell, som er til rådighed på den afdeling, hvor vi vil udføre vores forsøg Tekniske data for Philips indirekte detektorplade Cæsium Iodid scintillator (CsI) Amorphous silicon (a-si) photodiode Detektorpladens størrelse: 43 cm x 43 cm Pixel størrelse: 143 µm (størrelsen på detektorerne) Informationsdybde: 14 bit/pixel Billed matrix: 2941 x 3021 pixels Rumlig opløsning op til 3,5 lp/mm (23) Figur 1: Detektorplade (1 s.404) Funktion af indirekte DR: Indirekte flat-panel detektorer er følsomme overfor lys, hvor CsI er den scintillator der anvendes til at konvertere røntgenstrålerne til lys, som så bliver detekteret af detektorerne. (2 s.300) Fordelen ved CsI er en nålestruktur, der leder lyset og mindsker spredt lys og dermed spredt stråling. Lyset rammer en a-si matrix der indeholder fotodioder, og denne oplades afhængigt af lysmængden. Hver pixel i 13

12 matrixen oplades proportionelt med stråledosis. Billedmatrixen aflæses pixel efter pixel, og de analoge pixelværdier konverteres til digitale data, forstærkes via en analog-digital (A/D) konverter og transmitteres via optiske ledere til computeren. Størrelsen af detektorerne på flat panel afgør RO af detektor systemet. Jo mindre detektorer jo bedre RO. (1 s.404; 23) 3.2 CR og Image Reader Ved CR anvender vi Philips Computed Radiography og den tilhørende CR Image Reader AC500. Dette udstyr er tilgængeligt på den røntgenafdeling, hvor vi vil udføre vores forsøg, og her benyttes det samme røntgenrør som ved DR. Det vil sige, at hele vores forsøg vil blive udført i det samme rum og vi undgår derved bias i forhold til en eventuel forskel i apparaturets ydeevne og strålekvalitet. Vi vil inden forsøget lave en kalibrering af detektorerne og en konstanskontrol, så vi sikrer os, at udstyret lever op til afdelingens krav. Vi vælger at benytte en 35 cm x 43 cm CR-plade til vores forsøg, da denne størrelse passer til det fantom, vi vil anvende i forsøget. Jævnfør afsnit 3.5. Vi vil benytte samme CR-kassette og fosforplade til alle eksponeringer, og kontrollere denne for støv, fejl og mangler. Herved mindskes bias i forhold til eventuelle variationer i fosforpladerne Tekniske data for PCR Barium fluorohalid bromid (BaFBr) fosforplade Aktiveret med Europium (Eu) Størrelse af CR-plade: 35 cm x 43 cm Standard matrix (Fuji ST-V) Pixel størrelse: 200 µm Informationsdybde: 10 bit/pixel Billedmatrix: 1760 x 2140 pixel Rumlig opløsning op til 2,5 lp/mm (24) 14

13 Figur 2: CR-system (3 s.137) Funktion af CR Fosforpladerne fungerer ved, at eksponeringsenergien fra strålingsrelieffet absorberes af fosforlaget og først frigives, når det udsættes for lys. Derfor kaldes fosforlaget også for storage-phosphor, da det latente billede kan lagres i længere tid. (3 s.136) Billedpladen føres ind i Image Readeren, hvor den scannes med en laserstråle, og der frigives lys proportionelt med den absorberede røntgenenergi. Lyset opsamles af et optisk system, som fører det frem til en fotomultiplier, der omsætter det emitterede lys, svarende til hver enkelt laserspot, til et elektrisk signal. Det elektriske signal omsættes herefter af en A/D-konverter til et digitalt signal, da alle billedinformationer indtil nu har været analoge. Dernæst eksponeres fosforpladen med lys med en høj intensitet, som fjerner den sidste rest af energi, der måtte være tilbage i pladen, og den er nu klar til brug igen. (3 s ; 21 s.97) For at sikre os, at der ikke er en rest af et latent billede tilbage på den CR-plade vi benytter til vores forsøg, vil vi udføre en primærsletning på Image Readeren inden påbegyndelse af forsøget. Derudover vil vi i vores forsøgsopstilling placere kassetteåbningen i samme retning og anbringe fantomet samme sted hver gang, så Image Readeren aflæser fosforpladen i samme retning. 15

14 3.3 Valg af kv og mas Når mas og kv ændres i den digitale radiografi gælder følgende for billedkvaliteten: Eksponeringsfaktor Høj mas Lav mas Høj kv Lav kv Tabel 1 (3 s.141) Billedkvalitet Ensartet, fint kornet Ensartet, grov kornet Ingen signifikant ændring i kontrasten Ingen signifikant ændring i kontrasten Vi vælger i vores forsøg tre kv-områder: 50 kv, 70 kv og 90 kv, som er valgt ud fra, at de repræsenterer de kv-områder, man benytter til hovedparten af røntgenundersøgelserne. (Bilag B) I forsøget vil vi holde kv konstant, da denne eksponeringsfaktor ikke har en signifikant betydning for billedkvaliteten. I de fire forsøg vi anvender som inspiration til vores forsøg holdes kv ligeledes konstant, hvorfor vi mener, det er en egnet metode. (5; 12; 15; 18) Vi vil ændre mas i de tre kv-områder, for at vurdere hvilken indflydelse den har på billedkvaliteten i forhold til RO og LO. For hvert kv-område vælger vi fem masværdier, som vil være ens for både DR og CR. For at finde frem til en middelværdi i mas ved de enkelte kv-områder, vælger vi at lave eksponeringer med DR Automatic Exposure Control (AEC). Denne fremgangsmåde til fastsættelse af en standard mas anvendes også i Hamer s forsøg. (12) I artiklen benyttes en speed 400, hvilket vi også vil anvende, da det er den hyppigst brugte speed-klasse ved DR-undersøgelser på den pågældende afdeling. Vi vil tilstræbe en Exposure Indicator (EI) på 400 ved speed 400. EI indikerer om billedet er over- eller undereksponeret og er direkte relateret til indgangsdosis ved detektorerne, som er 2,5 μgy ved en EI = 400. EI kan med modifikationer sammenlignes med S-værdien ved CR. (19) Udover denne middelværdi for mas, vil vi eksponere med to mas-trin lavere og to mas-trin højere ud fra tabellen nedenfor. Derudfra vil vi vurdere og sammenligne billedkvaliteten i forhold til RO og LO ved de to modaliteter. mas-trin på Philips Diagnost: 0,63 0,8 1 1,25 1,6 2 2,5 3, , , Tabel 2 16

15 3.4 Delkonklusion Ved DR benytter vi Philips Diagnost, Pixium 4600 fra Trixell, som er indirekte DR, og ved CR anvender vi PCR, med en Fuji ST-V fosforplade, 35 cm x 43 cm. Vi benytter samme røntgenrør ved begge modaliteter, og til aflæsning af CR-pladen anvendes Image Reader AC500. På Image Readeren starter vi med at lave en primærsletning af fosforpladen og efterfølgende anvendes den til aflæsning af vores CR-billeder. I forsøget vil vi ved hver eksponering orientere CR-kassetten ens, for at fosforpladen aflæses på samme måde hver gang. Vi arbejder med en fast kv på henholdsvis 50 kv, 70 kv og 90 kv. Her bestemmer vi en middelværdi for mas i hvert kv-område ved hjælp af DR AEC ved en EI = 400. Ud fra middelværdien vælger vi at eksponere med to lavere mas-trin, samt to højere mas-trin, og disse mas-værdier anvendes ved begge modaliteter. 3.5 Fantom Vi har haft mange overvejelser omkring hvilket fantom, vi kan benytte til vores forsøg. Vi har i den forbindelse testet flere fantomer, for at kontrollere hvilke af disse, der kan give os tilstrækkelige oplysninger om RO og LO til, at vi kan vurdere og sammenligne modaliteterne DR og CR. Vi har også gennemgået flere videnskabelige artikler, som anvender forskellige fantomer og ser, at det hyppigst anvendte fantom, der giver flest oplysninger omkring RO og LO, er et Contrast- Detail fantom (CDRAD). (5; 15; 18) I Hamers forsøg benyttes et andet fantom, men i diskussionen af forsøget fremhæves det, at man ville have fået et mere validt resultat, hvis man havde benyttet et CDRAD-fantom. (12) Geijer skriver i sin diskussion, at sammenlignet med andre fantomer til måling af billedkvalitet, er CDRAD-fantomet det, der kommer nærmest virkeligheden i forhold til et anatomisk røntgenbillede. (15) Gennem vores tests og artikler er vi nået frem til den konklusion, at det mest optimale fantom til vores forsøg er CDRAD. Det specifikke fantom vi vil bruge i forsøget er et Artinis CDRAD fantom 2.0, der kan benyttes til kontrol af LO og RO ved alle modaliteter og har følgende specifikationer: Fantomet består af en kvadratisk plexiglasplade, der måler 265 mm x 265 mm x 10 mm (L x B x H). Pladen er inddelt i 225 felter (15 x 15) indeholdende cylindriske huller i forskellig diameter og dybde med en nøjagtighed på 0,03 mm. I y-aksens retning har hullerne ens dybde og forskellig diameter, så her kontrolleres RO. I x-aksens retning har hullerne identisk diameter og forskellig dybde, så her 17

16 undersøges LO. De tre øverste rækker af felter indeholder kun et hul, mens resten indeholder to identiske huller; et i midten, samt et i et vilkårligt hjørne. Dette benyttes til evaluering af billederne, hvor observatøren skal kunne afgøre i hvilket hjørne af feltet hullet er placeret. Dybden på hullerne i x-aksen, samt diameteren i y- aksen ligger på en logaritmisk skala i intervallet mellem 0,3 mm 8.0 mm. (25) Figur 3: CDRAD-fantom (25) Ved afprøvning af fantomet fandt vi, at man kunne bestemme LO og RO i alle kvområder, da fantomet er homogent og består af plexiglas, så der ikke er andre materialer, der kan influere på beregningen af billederne. Fantomet består af 225 felter med forskellig størrelse huller, så både LO og RO bliver tilgodeset med dette fantom. (25) En anden fordel ved CDRAD fantomet er, at det er muligt efterfølgende at lave en forholdsvis objektiv bedømmelse af LO og RO, da observatøren skal kunne afgøre i hvilket hjørne af felterne hullet er placeret. Fantomet giver os mulighed for at fremstille de aflæste resultater i en Contrast Detail-kurve, som vi kan anvende til bearbejdningen af resultaterne. Jævnfør afsnit Raster Raster benyttes til at begrænse den spredte stråling. Når fotoner rammer et objekt, vil der enten ske det, at de vekselvirker og ændrer retning som følge af Compton effekten, de går lige igennem objektet eller bliver absorberet. (1 s.175; 8 s.266) Compton effekten er spredt stråling og er uønsket på et røntgenbillede, da den 18

17 bidrager med en jævn sværtning, der ikke er billeddannende i forhold til objektet, og dermed reducerer kontrasten i røntgenbilledet. (1 s.175; 21 s.119) Spredt stråling forekommer især ved høj kv, eksponering på stor feltstørrelse og stor objekttykkelse, da fotonerne har højere energi og kan vekselvirke flere gange i objektet. (8 s ) Den generelle regel for brug af raster er, at man skal benytte raster, hvis kv er over 60 og/eller objekttykkelsen overstiger 10 cm. (8 s.266) Vi vælger i vores forsøg, at benytte plexiglasplader i forskellig tykkelse, som bliver placeret direkte oven på CDRAD-fantomet. For at tilnærme os den absorption samt spredte stråling, man vil kunne forvente ved typiske undersøgelser i de valgte kvområder, vælger vi at eksponere med følgende kv og plexiglastykkelser: 50 kv - 5 cm plexiglas, 70 kv - 10 cm plexiglas og 90 kv - 15 cm plexiglas. Vi vil derfor benytte raster ved 70 kv og 90 kv i vores forsøg. I forbindelse med valg af raster til vores forsøg er der flere muligheder, da man ved DR og CR i praksis bruger forskellige rastere. Vi undersøgte derfor, hvad der var tilgængeligt på afdelingen og fandt frem til, at der kun var én type raster til DR, men flere forskellige til CR. Ved DR har vi mulighed for at benytte et raster med følgende data: Fokuseret bevægeligt raster med ratio 12:1, frekvens 36 l/cm og film-fokusafstand (FFA) 110 cm. Vi havde forventet at finde et DR-raster med en ratio 8:1, da dette generelt er tilfredsstillende ved eksponeringer op til 90 kv, men dette var ikke tilfældet. (1 s.259) Ved CR benytter vi en 35 cm x 43 cm CR-kassette, og dette indskrænker vores valgmuligheder af rastere. Vi har med denne kassettestørrelse valgt et fokuseret parallelt CR-raster med ratio 10:1, frekvens 60 l/cm og FFA 100 cm, da dette benyttes i daglig praksis, og er det raster der ligner DR-rasteret mest. Det betyder, at de to modaliteter ikke får ens forhold, da rasterne er forskellige. Vi har derfor også overvejet at benytte DR-rasteret ved både CR og DR, men idet frekvensen kun er 36 l/cm på DR-rasteret, er det ikke optimalt ved CR. CR-pladen aflæses linie for linie, og derfor kan der opstå artefakter i form af moire effekt eller interferens, hvis Image Readerens scanningsfrekvens og rasterets frekvens er ens og orienteret i den samme retning. For at undgå artefakter, anbefales det, at man ved CR anvender rastere med mindst 60 l/cm. (3 s.162; 20) Vi benytter derfor to forskellige raster ved CR og DR, og vi vil ud fra disse omstændigheder se på, hvad de forskellige faktorer betyder for billedkvaliteten. 19

18 Modalitet DR CR Type raster Bevægeligt fokuseret Stationært fokuseret Ratio 12:1 10:1 Frekvens (l/cm) FFA (cm) Tabel 3 Ratio udregnes ud fra blylamellernes højde (h) og bredden (D) af mellemrummene mellem blylamellerne i følgende formel: h Ratio = (1s.250) D En høj ratio betyder at rasteret fjerner den spredte stråling mere effektivt end et raster med en lavere ratio, da den spredte stråling, som har en anden vinkel end primærstrålingen, vil blive absorberet. Det betyder, at der ved høj ratio skal bruges en højere dosis for at få tilstrækkelig sværtning i billedet, men til gengæld forbedres kontrasten. (2 s.169; 1 s.250) I vores forsøg bruger vi raster med forskellig ratio, og hvis man kun ser på ratio vil dette bevirke, at der komme flere fotoner igennem CR-rasteret end DR-rasteret ved samme eksponeringsfaktorer. Man skal dog også se på rasternes andre faktorer, såsom frekvensen, for at kunne sammenligne deres egenskaber. Frekvensen er antallet af blylameller (linier) per cm, og denne faktor bliver også forskellig i vores forsøg, da DR-rasteret har 36 l/cm, mens CR-rasteret har 60 l/cm. Raster med høj frekvens kræver højere stråledosis, for at opnå et acceptabelt billede, da der er mere rastermateriale til at absorbere røntgenstrålingen. (2 s.171; 1 s.250) Det vil sige, at ser vi udelukkende på frekvensen, vil CR-rasteret kræve flere fotoner end DRrasteret for at opnå samme billedkvalitet. FFA bliver også forskellig ved de to modaliteter, da DR-rasteret er fokuseret til 110 cm, mens CR-rasteret er fokuseret til 100 cm. Det vil sige, at CR vil få en større stråledosis på grund af den kortere afstand. 20

19 Afstandskvadratloven er givet ved: a1 2 a I = I (1 s.68) hvor I = intensitet og a = afstand. Det betyder i vores tilfælde, at CR får 20 % mere dosis end DR grundet FFA, hvis alle andre faktorer er konstante. I både Fischbach og Geijers forsøg anvender de imidlertid forskellige raster og FFA til de to modaliteter, hvilket vi også finder mest rigtigt at gøre i vores forsøg, da det er de raster og afstande der benyttes i daglig praksis. (5; 15) 3.7 Blyramme til blændekanter Til vores forsøg har vi af Radio Fysisk afdeling fået støbt en ramme af en blylegering, som skal ligge rundt om vores CDRAD-fantom. I forsøget vil der komme en del spredt stråling på grund af de høje kv-områder og tykkelsen af plexiglaspladerne, og dette medfører at systemerne kan få svært ved at bestemme, hvor blændekanterne er. (3 s.145) Blylegeringen har en høj absorptionsevne af røntgenstråler, hvorfor vi mener, at det er et godt materiale til afgrænsning af blændekanterne. Rammen er kvadratisk og måler 365 mm x 365 mm og har et hul der svarer til fantomet størrelse (265 mm x 265 mm), og en højde på 10 mm, som ligeledes svarer til fantomets højde, så fantomet og rammen er plan. Figur 4: Fantom med blyramme 21

20 Vi anvender blyrammen ved begge modaliteter, da der ikke bliver udført nogen form for postprocessing af vores billeder. Artiklerne vi bruger som inspiration anvender ikke en blyramme, men ved alle deres forsøg laves der en postprocessing på billederne. (5; 12; 15; 18) Blyrammen skal sikre, at systemerne kan definere billedområdet ved den øgede spredte stråling, der vil opstå i de høje kv-områder med stor objekttykkelse. Vi afviger på dette punkt fra daglig praksis, men vurderer, at man ikke kan sammenligne den spredte stråling, der opstår i fantom og plexiglasplader, med den spredte stråling der opstår i en patient. 3.8 Sekundær filtrering Som sekundær filtrering i vores forsøg benytter vi 2 mm Al, da det er forprogrammeret som standard på afdelingen ved de fleste røntgenundersøgelser. Denne filtrering gør, at de lavenergetiske fotoner sorteres fra allerede ved røntgenrørets udgang. Disse har ikke energi nok til at nå igennem patienten og ned til billedpladen eller detektorerne, og derfor er de blot unødig stråledosis til patienten. (2 s.114) Det vil sige, at den sekundære filtrering ikke har nogen direkte indflydelse på vores forsøgsresultater, men vi vælger at benytte den, da den afspejler praksis og nævner den i forhold til reproducerbarheden af vores forsøg. 3.9 Forberedelse af undersøgelsesrum Inden påbegyndelse af forsøget vil vi foretage en grundig rengøring af de materialer vi anvender i forsøget. Det vil sige: patientleje, plexiglasplader, CDRAD-fantom, CR-kassette, fosforplade, detektorplade, røntgenrørets vindue, CR- og DR-raster. Denne rengøring medfører, at vi mindsker bias i form af eventuelle falske objektstrukturer, som vil kunne forveksles med fantomets strukturer, der er helt ned til 0,3 mm i diameter og dybde. (25) 3.10 Delkonklusion På baggrund af videnskabelige artikler og egne test, har vi valgt at udføre vores forsøg med et CDRAD 2.0 fantom. Fantomet udmærker sig ved sin evne til at fremstille både LO og RO ved alle modaliteter. Vi vil benytte raster ved optagelserne med 70 kv og 90 kv, hvor vi bruger henholdsvis 10 cm og 15 cm plexiglasplader. Ved DR vil vi bruge et bevægeligt 22