controle da qualidade em sistemas digitais

CONTROLE DE QUALIDADE DE SISTEMAS DIGITAIS

Físico da STAFF - Soluções em Física Médica e Radioproteção

Especialista em Física do Radiodiagnóstico – ABFM

Supervisor de Radioproteção – CNEN

Mestre em Nanociências – UNIFRA

Marcel Zago Botelho

Breve Revisão de Literatura;

Identificação Prática dos Conceitos da Imagem Digital;

Testes Recomendados na Literatura de Referência;

Artefatos e Resolução de Problemas

Considerações Finais.


OBJETIVOS

Avaliação de Qualidade: “Avaliação isolada das instalações e

equipamentos de geração e processamento de imagens”;

Controle de Qualidade (CQ): “Assegurar, a partir de avaliações

rotineiras, que o Radiologista tenha disponível uma melhor

imagem produzida por meio do bom desempenho dos

equipamentos, resultando em exposição mínima do paciente”;

Garantia de Qualidade (GQ): “São as atividades planejadas e

sistemáticas implementadas de um sistema de qualidade para que

os requisitos de um produto ou serviço sejam realizados. "

• Análise de Imagens Rejeitadas;

• Análise de Exposição;

• Identificação de Artefatos;

• Ferramentas de Testes e Controles;

• Administração e Operação de um

Programa de Controle de Qualidade;

QUALIDADE RADIOLOGIA DIAGNÓSTICA

CQ Lida com Instrumentação e Equipamentos

Garantia da Qualidade Lida com Pessoas

CONTÍNUO

ACEITAÇÃO, MONITORAMENTO E MANUTENÇÃO

Sistema;

Gerador de Raios-X;

Sistema de Limitação do Feixe (Colimação)

Suporte de Paciente;

Grade Antidifusora;

Controle Automático de Exposição (AEC);

Receptor de Imagem;

Processamento de Imagens

Conectividade;

Exibição.

RADIOLOGIA DIGITAL

COMPONENTES DE UM SISTEMA DE RADIOLOGIA DIGITAL

Comercializado: a partir de 1980 – Fuji (Sistema CR), 2000 (Sistemas DR)

RADIOLOGIA DIGITAL

RADIOGRAFIA DE PROJEÇÃO POR VARREDURA (TC)

Baseada no princípio de luminescência fotoestimulada;

Simula a operação da tela intensificadora-filme;

Placa de Imagem foto-estimulável = PSP (photostimulable

storage phosphor) ou IP (imaging plate);

Fósforo mais comum: flúor-brometo de bário com ativadores de

európio bivalente;

RADIOLOGIA COMPUTADORIZADA (CR)

É feita a leitura por um feixe de laser (infravermelho) muito fino;

Estimula os elétrons capturados em armadilhas a emitirem a

energia armazenada como luz;

A luz emitida por cada ponto da placa é detectada e convertida

em sinal elétrico e amplificado;

Após a placa passa por um processo de “apagamento”, onde

uma forte luz força os elétrons da a regressarem ao seu estado

inicial – o IP pode ser reutilizado;

Princípio de Operação (Exposição)

Princípio de Operação (Leitura e Apagamento)

RADIOLOGIA COMPUTADORIZADA (CR)

Vantagens: Manter qualquer luminescência gerada dentro do fósforo percorrendo ao longo das “agulhas”, o

qual ajuda a manter a definição das imagens.

A camada ativa pode também ser mais espessa , permitindo aumento na absorção de raios X, com menor

perda na definição da imagem.

Placa de Imagem Padrão

Placa de Imagem

Baseada em Agulhas

Aprovação do órgão controlador norte-americano FDA (Food and

Drug Administration) Jan/2000;

Sistema de detecção é um conjunto de semicondutores que

recebem a radiação e a transformam em sinal elétrico;

Sem intervenção do operador;

Características físicas do detector digital de campo total têm

demonstrado maior eficiência quanto à :

Resolução Espacial;

Eficiência Quântica do Detector;

Resolução de Contraste.

Indireta: Iodeto de Césio Direta: Selênio Amorfo

RADIOLOGIA DIGITAL (DR)

RADIOLOGIA DIGITAL (DR)

EFICIÊNCIA QUÂNTICA DE DETECÇÃO COMO UMA FUNÇÃO DA ENERGIA DOS RAIOS-X

(DR)

(CR)

A Dose no Paciente em Radiologia Digital DR deve ser Baixa Devido ao Alto DQE

DQE: Está Relacionado ao Coeficiente de Absorção e à Frequência Espacial do Sinal

PRINCÍPIOS BÁSICOS DA RADIOLOGIA DIGITAL

(TF)

MAMOGRAFIA DIGITAL x MAMOGRAFIA ANALÓGICA

Em maio de 2008, o Programa de Rastreamento do Câncer de Mama (NHSBSP) publicou

um Estudo Comparativo da Dose Glandular Média (DGM) para diferentes tipos de sistemas de mamografia:

Segundo Coutinho et al. (UFRJ COPPE) as doses glandulares médias (DGMs), para pacientes que fazem o

exame de mamografia digital (DR) são, em média, 33% mais baixas do que as que fazem em equipamentos

convencionais (tela-filme). As DGMs para as pacientes que fazem o exame em equipamentos de radiografia

computadorizada (CR) são, em média, 25% mais altas do que as que fazem em equipamentos convencionais.

DETERMINAÇÃO DA GAMA DE SINAIS ÚTEIS

Se dá através da construção de um histograma em tons de

cinza da imagem;

Um gráfico do valor de um pixel no eixo x e a frequência de

ocorrência no eixo-y (ou seja, um espectro de valores de pixel);

Muitos leitores PSP empregam um ALGORITMO DE ANÁLISE

DE HISTOGRAMA para identificar e classificar os valores

que correspondem aos ossos, tecidos moles, pele, meios

de contraste, colimação, raios-x não atenuadas, e outros

sinais;

Isto permite a discriminação das áreas úteis e não

importantes da imagem, de modo que o alcance da imagem em

tons de cinza pode ser aplicado para a informação anatomica

necessária.

HISTOGRAMA DE IMAGEM

Caracteriza-se pela Latitude Ampla.

Resultam nos 10.000 níveis de cinza.

A imagem com filme convencional pode

apresentar apenas 30 tons de cinza.

Função Resposta do Receptor

de Imagem em Tons de Cinza


Curva Característica da Imagem

O sistema tela-filme tradicional usa a densidade geral do filme como indicador de exposição;

Resposta direta da exposição para o técnico em radiologia;


INDICADORES DO SISTEMA TELA-FILME

Sistemas CR & DR usam processamento de imagem para alinhar a escala de cinza com sinais recebidos;

Apresentação da imagem (claro/escuro) são perdidos em relação a exposição


INDICADORES DO SISTEMAS CR & DR

Técnicas impróprias com receptor de imagem convencional resultam em péssimas imagens

Imagens da Radiologia Computadorizada obtidas através com as MESMAS TÉCNICAS

O contraste não muda com a variação da exposição a radiação


Radiografia Convencional Imagem de CR

RADIOLOGIA DIGITAL

IMAGENS COMPARATIVAS: EXAME DE JOELHO

RADIOLOGIA DIGITAL

IMAGENS COMPARATIVAS: EXAME DE MAMOGRAFIA

Mamografia Convencional Imagem de CR

Ressalta-se que a abordagem convencional de

que “o kVp controla o contraste” e o “mAs

controla a DO” não se aplica a Radiologia

Computadorizada

Como o contraste da imagem da RC é constante, indiferentemente da exposição à

radiação, as imagens podem ser feitas com elevado kVp e o mAs baixo, causando

uma redução complementar da dose de radiação no paciente.

I M P O R T A N T E !


Reduzir o ruído; Ajustar e otimizar as características de contraste;

Extrair características de regiões de interesse;

Aumentar a visibilidade de detalhes;

PROCESSAMENTO DA IMAGEM DIGITAL


É a Capacidade de um sistema de imagem em determinar e mostrar um pequeno objeto de alto contraste;

PL/mm : Pares de Linhas por Milímetro (Frequência Espacial);

A Resolução Espacial na Radiologia Digital é Limitada pelo Pixel;


RESOLUÇÃO ESPACIAL

Quanto Maior a Resolução Espacial Menor será o Contraste Devido ao Borramento;

Quem Tem Melhor Resolução Espacial ?


Número de pixels por unidade de comprimento


Capacidade de um Sistema de Imagem em Reproduzir Objetos

de Tamanhos Diferentes sobre a Imagem;

Objetos de Alta Frequência Espacial são mais difíceis de

Visualizar do que os que possuem baixa frequência Espacial;

Medir a Quantidade de Borramento (Ruído) como função da

Frequência Espacial;

O uso de padrões de fendas, em substituição aos dispositivos

similares ao padrão de barras, tem como finalidade diminuir a

subjetividade da interpretação dos resultados obtidos, mas

não impede a observação direta da imagem para a determinação

da (resolução espacial de alto contraste).

FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE MODULAÇÃO (MTF)

Sinal: Informação Requerida pelo Sistema de Imagem

Ruído: A Incerteza Aleatória no Sinal

Solução: Aumentar Fatores de Exposição!


RELAÇÃO SINAL X RUIDO

Representação Gráfica do Ruído

É a Capacidade para Distinguir Muitos Tons de Cinza do Preto para o Branco;

Ruído: a incerteza aleatória no sinal;


RESOLUÇÃO DE CONTRASTE X RUÍDO (CNR)

O Ruído da Imagem Limita a Resolução de Contraste;

A Resolução de Contraste é mais importante do que a Resolução Espacial para Radiografia de Tecido Mole.


“EQUILÍBRIO”

RESOLUÇÃO

DE CONTRASTE

RESOLUÇÃO

ESPACIAL

SELEÇÃO DE “JANELAS” DE IMAGEM


As funções de processamento de imagem para apresentação da imagem em escala de cinza são:

No entanto, o contraste é limitada pela Razão Sinal-Ruído (SNR), quanto maior a seleção de

contraste, mais visivel será o ruído na imagem.

• Ajuste o nível de (análogo ao brilho) e

• A largura da janela (análogo ao contraste);

AUSENCIA DE MASCARAMENTO DA IMAGEM


Sistemas CR e DR utilizam Indicadores de Exposição (valor de

sinal recebido pelo detector) junto as estações de trabalho, para

avaliar e indicar se a técnica radiográfica utilizada está adequada;

Faixas de limite dos indicadores de exposição foram

recomendadas para serem utilizadas pelos técnicos em radiologia

para verificar se a exposição radiográfica estava adequada;

INDICADORES DE EXPOSIÇÃO (EXPOSITION INDEX)

Índice de Exposição?


Os sistemas variam na região utilizada para avaliar o sinal para uma imagem.

Imagem Completa;

Regiões Regulares;

Regiões Anatômicas.

A relação entre dose e o nível de exposição é geralmente

logarítmica: dobrando a dose no detector, vai aumentar o “nível

de exposição” para um fator de 0,3 = log (2).


INDICADORES DE EXPOSIÇÃO (EXPOSITION INDEX)

Condições definidas de feixes são usadas para calibrar os valores dos indicadores de exposição;


RESUMO DO FABRICANTE: INDICES DE EXPOSIÇÃO

PADRONIZAÇÃO DOS INDICADORES DE EXPOSIÇÃO (EXPOSITION INDEX)

TG 116: Indicadores de Exposição para Radiologia Digital;

Uniformizar "Índices de Exposição" e "Índices de Desvio" Padrão

para TODOS os fabricantes de equipamentos de radiologia digital;

Fornecer meios para colocar estes dados no cabeçalho DICOM;

Considera que Sistemas de CR e DR tem velocidades variáveis;


RADIOLOGIA DIGITAL

PADRONIZAÇÃO DOS INDICADORES DE EXPOSIÇÃO (EXPOSITION INDEX)

PADRONIZAÇÃO DOS INDICADORES DE EXPOSIÇÃO: QUESTÕES TÉCNICAS



AVALIAÇÕES DO GERADOR DE RAIOS-X E ACESSÓSRIOS

Exatidão e Reprodutibilidade do kVp;

Precisão do Temporizador Exposição;

Reprodutibilidade e Linearidade da Exposição (mA / mAs);

Requisitos Mínimos de Camada Semi-redutora (HVL);

Rendimento do Tubo de Raios-X (mGy/mAs);

Tamanho do Ponto Focal;

Alinhamento de Grades;

Exatidão do Sistema de Colimação;

Alinhamento do Eixo central do Feixe de Raios-X;

Precisão do Indicador da Distância Foco-Receptor;

Reprodutibilidade e Desempenho do AEC;

Não há sensores no feixe ...

Os testes que envolvem a produção de grandes quantidades

de radiação requerem a proteção do receptor de imagem.

Sensores presentes no feixe ...

Remova receptor de feixe de raios-x direto e dispersão ou aponte o tubo de raios-x para

longe do detector ou cubra o detector com um avental ou lâmina de chumbo ≥ 0,5 mmPb


AVALIAÇÕES DO GERADOR DE RAIOS-X

"Medir Primeiro!" A Avaliação da dimensão do ponto focal pode ser diferente;

As imagens podem ser obtidas com uma maior gama de níveis de exposição de entrada no detector;

As análises das imagens devem realizadas em Raw Data (imagem linearizada);

FOCO FINO FOCO GROSSO


AVALIAÇÕES DO TAMANHO DO PONTO FOCAL (RESOLUÇÃO)

Perda da Definição X Tamanho do Ponto Focal


SISTEMA DE COLIMAÇÃO (LIMITAÇÃO E ALINHAMENTO DO FEIXE)

Remoção da Radiação Espalhada;

Deve estar alinhada com o receptor de imagem;

Centralizada com o foco anódico;

Uniformidade e razão de grade adequada ao receptor de imagem;

Em radiologia digital pode envolver valores de pixel e ROIs.


ALINHAMENTO DAS GRADES ANTIDIFUSORAS

Exame de Tórax com Grade

Exame de Leito (Sem Grade)


TESTE DE ALINHAMENTO DE GRADES

0,8 à 1,2 m 1,4 à 2,0 m

Foco de Grade = 1,0 m

DFD = 1,8 m

Você acredita que a grade esta centrada e perpendicular ao feixe de raio-x ?

O técnico utilizou a grade anti-espalhamento errada para uma imagem PA de Tórax .

A grade não está perpendicular o centro do feixe de raios-X.


Foco de Grade = 1,8 m

DFD = 1,0 m


ALIASING: EFEITO MOIRÉ

Localização do Sensor;

Correção de Densidade;

Reprodutibilidade e Sensibilidade do AEC;

Compensação de Espessura Paciente. ± 5% em todas as combinações

1985


CONTROLE AUTOMÁTICO DE EXPOSIÇÃO (AEC)


CONTROLE AUTOMÁTICO DE EXPOSIÇÃO (AEC)

Localização Correta do Sensor pelo Operador;

37 mAs 25 mAs

Qual destes exames foi realizados usando o correto posicionamento do AEC?


Valores Baseados em Kerma no Ar;

Valores em Indicadores de Exposição;

Valores do Número Médio de Pixel;

Relação Sinal-Ruído (SNR);

60 à 120 kVp.


PRINCIPAIS MÉTODOS DE CALIBRAÇÃO DO AEC

DOSE DE ENTRADA NA PELE

EXAME POSICIONAMENTO DEP (mGy)*

Coluna lombar

AP 10

LAT 30

JLS 40

Abdômen, Urografia AP 10

Pelve AP 10

Bacia AP 10

Tórax AP 0,4

LAT 1,5

Coluna Torácica AP 7

LAT 20

Crânio AP 5

LAT 3

Níveis de Referência – Portaria N 453 / MS

(*) Adulto Típico: considera-se que um adulto típico tem massa de 60 à 75 kg e altura de 1,60 à 1,75 m.


DOSE DE ENTRADA NA PELE (DEP)

Tórax LAT

1. Posicionamento

a. Rotação

b. Corte da Anatomia de Interesse

c. Projeção Incorreta

d. Marcador Incorreto

2. Erro de Exposição

a. Superexposição

b. Exposição Insuficiente

3. Erro de Grade

a. Cortar

b .Descentramento

c. Nenhuma Grade

d. As Linhas de Grade

4. Erro do Sistema

5. Artefato

a. Detector

b. Objeto Estranho (jóias, roupas, etc.)

c. Os Meios de Contraste

d. Mesa / Suporte / Tubo de Raio-x

6. Movimento do Paciente

7. Imagens de teste

8. Estudo cancelado

9. Outros


ANÁLISE DA IMAGEM REJEITADA / REPETIDA

E as aprovadas?

Linearidade da Resposta do Detector;

Uniformidade da Resposta do Detector ;

Resolução Espacial da Imagem (MTF);

Razão Sinal-Ruído (SNR);

Razão Sinal Ruído Diferencial (SDNR)

Razão Contraste-Ruído (CNR);

Análise da Precisão e Linearidade do Indicador de Exposição;

Desempenho do Sistema de Apagamento e Gosting (CR);

Degradação da Imagem Latente nas Placas de Fósforo (CR);

Variação da Sensibilidade entre as Placas de Imagem (CR);

Análise dos Artefatos Aspectos sem a Exposição das placas;

Inspeção Visual, Identificação e Limpeza dos Fósforos e Chassis;

Calibração da Workstation;

Exatidão e Reprodutibilidade da Densidade da Impressora Laser;

D E T E R M I N A Ç Ã O D A D O S E E F E T I V A CONTROLE DE QUALIDADE DE SISTEMAS DIGITAIS

AVALIAÇÃO DOS RECEPTORES DE IMAGEM: TESTES RECOMENDADOS

AAPM Report 93 (CR)


UNIFORMIDADE E LINEARIDADE DA RESPOSTA DO DETECTOR

Anualmente;

45 mm PMMA;

Posicionado sobre a totalidade da área do IP;

Varrer toda a imagem com uma ROI retangular;

Calcular a média dos valores de pixel e desvio padrão

para toda a imagem.

ROI central

linha central ROI

ROI

ROI ROI

Variação 15%


LINEARIDADE DA RESPOSTA DO DETETOR (PLACA DE IMAGEM)

mAs Kerma de entrada no ar na

superfície do cassette (Gy)

Valor médio

do pixel

Desvio padrão do

valor do pixel R2

4 9,6 922,8 28,9

0,9997

8 19,3 1307,5 19,3

16 40,6 1698,0 13,9

25 62,2 1944,9 10,9

32 81,0 2076,5 9,9

45 111,0 2263,3 8,4

63 159,7 2466,4 7,2

100 250,4 2696,2 6,1

140 360,7 2873,1 5,2

Equação: Valor médio do pixel = 1247,55 log(kerma) - 298,78

LINEARIDADE DA RESPOSTA DO DETECTOR

Após quantos anos de uso, as perdas de qualidade são significativas?

Fabricantes: A vida útil das placas é centenas ou milhares de exposição, sendo

determinada principalmente pela os cuidados no manuseio e condições ambientais.

OAKLEY (2003): A maioria das placas têm uma vida estimada de 10.000

exposições.


CRITÉRIOS DE SUBSTITUIÇÃO DAS PLACAS DE IMADEM

SHETTY et. Al. (2011): Se controlada, a placa de

imagem pode durar por 5 anos, após precisa ser

substituída.

É a Retenção do Histórico de Exposições Anteriores;

O Apagamento do IP não é adequado;

Excesso de Dose no Exame Anterior.


DESEMPENHO DO SISTEMA DE APAGAMENTO E GOSTING (CR)

Setup for Image 1

Tabletop PMMA Slab

Setup for Image 2

Delay 60 seconds

Former location of edge

of Uniform Phantom

Tabletop

ROI 1, A

ROI 2,

B, C

Anualmente ; 45 mm PMMA;

C

BASDNRGhostFator

:A B,C


DESEMPENHO DO SISTEMA DE APAGAMENTO E GOSTING

A - Mean ROI 1 415,66

B - Mean ROI 2 403,64

C - Std. ROI 2 5,9

Ghost Image SDNR 2,037

A - Mean ROI 1 403,59

B - Mean ROI 2 392,6

C - Std. ROI 2 6,3

Ghost Image SDNR 1,744

IP com 3 anos de uso

IP novo

Fator Ghost aceitável mamografia ≤ 2.0

Diariamente;

Limpeza (Conforme recomendações do fabricante);

Imagens Clínicas (Variação Janela, Zoom)


TESTE DE CQ: ARTEFATOS NÃO CLÍNICOS PERMANENTES

Anualmente;

Mesma imagem adquirida para

avaliar uniformidade;

É o parâmetro indicado para avaliar a qualidade da imagem em Radiologia Digital;

A determinação da CNR é feita com placa de 2,0 mmAl e placas de PMMA para simular as diferentes

espessuras de paciente (variando de 20 a 70mm aos passos de 10mm) usando ou não AEC.

RAZÃO CONTRASTE RUÍDO

2,0 mmAl


A avaliação da Razão Sinal-Ruído foi feita a partir das imagens obtidas, nas diferentes

espessuras do bloco de PMMA, no teste da Razão Contraste-Ruído.


RAZÃO SINAL RUÍDO (SNR)


Degradação da MTF para Detector Indireto CsI

O que você faz com os resultados dos testes de CQ?

Radiography: Acceptance Testing and QC Programs

Charles E. Willis, Ph.D. DABR FAAPM

Limite mínimo para o teste é MTF @ 2,5 Pl / mm = 17%

Ambos os sistemas representado necessária

substituição do detector


MONITORES DE VÍDEO (ESTAÇÃO DE TRABALHO)

AAPM TG 18;

Calibração da Luminância (Fotômetro);

Testes e frequências recomendadas;

Padrões de Testes e Imagens Clínicas Úteis.

Avaliação visual de reflexão difusa em resposta a luz ambiente.


MONITORES DE VÍDEO (ESTAÇÃO DE TRABALHO)

Padrões de Imagens Clínicas Úteis.


IMPRESSORA A LASER

Os Valores Podem ser Especificados por Modalidade do Fabricante

O Resultado Final Deve ser Semelhante a Estação de Trabalho

Valores Típicos e Faixas de Radiologia:

• Dmin: 0,05 ± 0,03

• Baixa densidade: 0,45 ± 0,07

• Densidade média: 1,20 ± 0,15

• Alta densidade: 2,20 ± 0,15

Quando uma imagem pobre é descoberta, várias questões vêm à mente:


ARTEFATOS E RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS EM RADIOLOGIA DIGITAL

Talvez a última coisa considerada é: “POR QUE ISSO ACONTECEU?”

• “É muito ruim pra passar adiante?”

• “Será que o radiologista vai perceber?”

• “Pode ser melhorada no processamento?”

• “Deve ser repetido?”

Fissuras devido ao encurvamento dos IPs ao passar pelo Leitor

Fita Adesiva entrou em contato com o IP

Fio de Cabelo

Sujeira no conjunto ótico de leitura

Linha de pixel morto em um detector de tela plana.

Adquirir um novo mapa correção de pixel morto resolve este artefato.

Leitora carregou 2 IPs no mesmo Cassete

Erro no Apagamento

Imagem obtida utilizando a parte de trás do cassete

Imagem obtida utilizando a placa de imagem invertida dentro do cassete

Foi aplicado o processamento de imagem apropriado?

Padrão Reprocessado

Havia algo na imagem que interferiu no processamento digital?

Padrão Reprocessado

A Imagem foi exibida corretamente para interpretação?

Estação de Aquisição x Estação de Visualização

Estação de Aquisição Estação de Visualização

Marcador de chumbo permaneceu colado ao detector quando o “engenheiro” de serviço realizou as

calibrações de ganho da fotomultiplicadora do CR.

Resultado na imagem do paciente mostra verdadeiro marcador (branco) e imagem negativa do marcador

calibrado para o detector (preto).

Aplicação de quantidades excessivas de realce de borda em pós-processamento pode

resultar na criação de faixas brancas em áreas de alto contraste, aqui na linha de pele.

Manutenções preventivas e controles de qualidade adequados e periódicos garantem a otimização

da dose e dos custos.

Devem ser mantidos os melhores valores de EI a partir dos critérios de qualidade de imagens

clínicas bem como devem ser acompanhados os valores de desvio DI das técnicas empregadas;


CONCLUSÕES E DISCUSSÕES

Obrigado! D Ú V I D A S ?

[email protected]

[email protected]

Artefatos não clínicos (permanentes), imagens Ghost, Uniformidade, Linearidade, SNR, CNR são

excelentes parâmetros de acompanhamento do desempenho e desvanecimento do sistema;

É fundamental a formação de linha de base, nos testes de aceitação dos equipamentos

digitais, para o acompanhamento correto do sistema;

controle da qualidade em sistemas digitais

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