Módszer: A digitális kép keletkezése, feldolgozása, megjelenítése, észlelése, értékelése, és tárolása kapcsán leselkedő hibaforrásokra terjedt ki vizsgálatunk. A CT phantommal a készülékek minőségellenőrzése kapcsán felmerült problémák és ezek megoldásait tárgyaljuk.
Eredmények: A munkánk során minőség ellenőrző és biztosító protokollokat hoztunk létre, melyek egyrészt alkalmasak a mindennapi rutinban a CT készülékek képminőségének és ezen keresztül üzemállapotának gyors és tájékozódó jellegű felmérésére, másrészt komplex, minden részletre kiterjedő minőségellenőrzést és hibaforrás felderítést tesznek lehetővé minimális anyagi és idő ráfordításokkal.
Következtetés: A rendszeres minőség ellenőrzés segítségével még azt megelőzően észlelhető a CT készülékek működési zavara, mielőtt bármilyen képminőség romlás, és ezen keresztül, diagnosztikus érték csökkenés bekövetkezhetne. A Magyarországon telepítet összes CT átfogó ellenőrző program keretein belül folyamatos minőség biztosításban kell részesüljön. A CT homogenitás és zajszint mindennapos mérése megfelelően érzékeny módszere a képminőség rutin ellenőrzésének.
Kulcsszavak: CT, quality
controll, quality assurance, minőségbiztosítás, phantom mérés.
Summary
Introduction:
The high level of electronic and mechanical complexity inherent
in a CT scanner, as compared to the more common radiologic instruments, make the
implementation of a CT Quality Assurance (QA) program essential to the
maintenance of good image quality and low patient dose. The authors report their
experiences with RMI head/body CT phantom Model 461A.
Methods: The step by step analisis of digital picture aqusition, post processing, performance, perception, appreciation and storage indicates some specific error sources in picture interpreting, which may cause diagnostic fault. The detection and solution of this problems are discussed in this paper.
Results: The developed quality assurance protocol contents a series of simple, effective tests using RMI CT Phantom Kit to check CT scanner performance, including daily quality control test, comprehensive QC testing and a complete CT QA program. This protocol is designed for maximum flexibility with a minimum amount of time, effort and cost.
Conclusion: Careful quality control measurements are needed to monitor scanner performance and to detect any degradation of image quality before diagnostic information is significantly affected. Every CT system should be incorporated into a comprehensive QA program. The average CT number and it standard deviation should be checked daily to monitor noise properties and CT number accuracy of the scanner.
Key words: CT, quality control, quality assurance, phantom study.
Módszer
A komputeres tomográfia a 22-ik életévébe lépet, tehát felnőtt korúnak tekinthető nemcsak "biológiailag", hanem technikailag, elektronikailag, számítástechnikailag és módszertanilag is. A CT megtalálta a helyét a diagnosztikus radiológia palettáján.
Amióta 1972-ben az EMI gyártmányú fej komputer tomográf először kapott széles nyilvánosságot egy 80x80 pixeles szelet elkészítése még 5 percig tartott. Ma a technika és elektronika szédületes fejlődésének köszönhetően a 2-4 secundumos 512x512 matrix-al rendelkező szelet szkennelési ideje átlagosnak mondható. Tehát a gépek 100-szor gyorsabbak lettek, miközben 50-szer több képpontot számolnak ki.
Próbáljuk emberközelbe hozni a képminőség fogalmát. Mennyire jó a jó? Milyen mélységű kép elégíti ki a mindennapos diagnosztikus igényeket? Mi az optimális képmatrix mérete: 256, 512, netán 1024 vagy még több? Kell-e subsecundomos szkennelési idő? Legyen a szeletvastagság azonos a képelem méretével? Ki tudjuk használni a félmilliméteres magas kontrasztú térbeli felbontást vagy ez már felesleges? Mennyi az elfogadható képzaj? Elégséges a gray-scale megjelenítés vagy ragaszkodjunk a színes képekhez? Milyen felbontású, sugárzású monitort használjunk? Hogyan tároljuk vizsgálatainkat? Más szavakkal: mi az a határ, amikor egy berendezést működőképesnek mondunk ki és mikor kell keményen fellépnünk annak érdekében, hogy a diagnosztikai tévedések elkerülhetők legyenek? Hol húzzuk meg a határt az alacsony, közép és felső kategóriájú gépek között?
A fenti kérdésekre adott válaszok egy része a konkrét alkalmazási feladattól függ, de a képminőség fogalma ezek összességéből fakad és rendszeres precíz reprodukálható ellenőrzések segítségével biztosítható csupán. Hiszen emberi érzékszerveinkkel nem tudjuk felmérni, hogy a monitoron megjelenő kép mennyire felel meg a valóságnak, mivel az anatómiai állandóságra építeni nem lehet! Ezért rá vagyunk kényszerülve olyan eszközök használatára, melyek gyártása során ismert típusú anyagokat ismert alakzatokban helyezünk el. Igy, amennyiben a megjelenő kép eltér az elvárttól megfelelő következtetéseket tudunk levonni. Ezek az eszközök a phantomok.
Ha ezeknek az anyagoknak, melyek a diagnosztikus energia tartományokban úgy viselkednek az ionizáló sugárzással szemben, mint az emberi szövetek, a detektálása és megjelenítése nem szenvedett zavart, akkor feltételezzük, hogy a kép megfelelően reprezentálja az anatómiai struktúrákat. Ez az alapja a minőségellenőrzésnek.
Mitől függ a képminőség?
Környezet tényezői: A gépek üzembiztos működéséhez általában megfelelő külső hőmérséklet, páratartalom, hálózati feltételek, földelés, rádiófrekvencia zajmentesség stb. szükségeltetik. Bármely tényező kritikus megsértése hibaforrásként szerepelhet, mely esetleg a működést nem gátolja meg, de komoly képminőség romlást idézhet elő.
Mechanika: A CT asztal szilárdsága, a gantry rezgésmentessége, az alkatrészek rögzítése alapvető fontosságú. Az első test, amelyet végzünk - a vibrációs teszt. Ilyenkor a detektorok zaját összehasonlítjuk álló cső-gantry esetén és mozgó csővel, de sugár nélkül!!! Amennyiben némely detektor, vagy az egész detektor zaj jelentősen növekszik, úgy a vibráció a megengedetnél nagyobb.
A CT asztal sugárelnyelésének homogénnek kell lenni, nem lehet zavaró.
Detektor: A gáz (általában xenon) detektorok érzékenysége gáznyomás függő , barométerrel folyamatosan ellenőrzendő. A félvezető detektorok hőingadozásra rendkívül érzékenyek, de a jelentős túlexpozició is kárt tehet bennük. A detektorokban a feszültség különbséget azonos szinten kell tartani. Ez megoldható újratölthető elemek és hálózatról működő tápegység segítségével. Ez utóbbi esetben a hálózat instabilitásai ingadozó alapfeszültséget és ezáltal magasabb detektor zajt eredményezhetnek.
A detektorok pillanatnyi állapotának megfelelően változik a nyugalmi feszültségük (áramuk). A kalibráció során a számítógép levegő vagy vízdenzitású fantom esetén ezeket rögzíti és a később mért értékeket ezekkel korrigálja. A forgó detektoros rendszerekben ez a folyamat betegek közt minél gyakrabban elvégzendő. Álló detektor mezővel rendelkező készülékek a cső forgásával egyídőben a legyező formájú rtg sugár szélével, mely testrészen nem halad át, folyamatosan szeletenként kalibrálják a detektorokat. Ez jóval kisebb inhomogenitás elérését teszi lehetővé.
Az rtg cső: A forgó anód felszíne a cső elöregedése folytán felmaródik. A gyártók általában 60.000 szelet szám közeli értékig vállalnak garanciát termékeikre, de Magyarországon nem ritka a kétszeres szeletszám túllépés sem. Ilyenkor az anód felszínének egyenetlensége folytán egyenetlenné válik a sugáremisszió is. Az rtg-csőben óhatatlanul extrafokális sugárzás is keletkezik. A fentieknek képéletlenség a következménye, amennyiben a készülékbe csak primaer sugárrekesz van szerelve vagy a secunder sugárrekesz nem követi pontosan a szeletvastagság beállításokat. Nem csak a képminőség romlik, de jelentősen fokozódik a beteg sugárterhelése is.
Meg kell jegyezni, hogy a detektorokon a megfelelő jel/zaj viszony elérése érdekében egy adott dózis szükségeltetik. Ennek csökkenése esetén (gyors scan, vékony szelet, alacsony csőáram, stb) növekszik a zaj - romlik a képminőség!
Fénymutató: A fénymutató megfelelősége a tényleges sugármezőnek életbevágóan fontos a helyes pozicionálás szempontjából.
Sugárrekesz: Amennyiben nincs secunder rekesz a gép fokozottan érzékeny az extrafokális sugárzásra. A primaer rekesz szerepe a szeletvastagság beállítása. Ha a tényleges szelet vastagabb, mint a szoftver által deklarált, akkor a voxel jóval nagyobb lesz, a parciális volumen effektusnak köszönhetően a kis képletek denzitásai nem értékelhetőek és continua szeletek esetén tulajdonképpen overlappinggel dolgozunk, ami felesleges és növeli a sugárterhelést is!
Scan speed: A skennelési sebesség növelésével csökkennek a mozgási artefaktumok, de a megfelelő dózis elérése érdekében, növekszik a csőterhelés. Ugyanakkor növekszik a vibráció is. Ezért a vibrációs tesztet az összes scan speed esetében el kell végezni.
Filterezés: A nyers mérési adatokat, az un. RAW data-t különböző filterezési eljárásoknak vetik alá. Az analóg-digitális konverzió és a Fourier transzformációt követően, a visszavetítés és rekonstrukció után a memóriában előáll a digitális matrix, melynek minden egyes pixele egy voxel sugárgyengítési képességét reprezentálja, azaz a voxelben található szövetrészlet elektrondenzitását tükrözi.
Post processing: Ezalatt elsősorban az olyan képmanipulálási lehetőséget értjük, melyek a rendelkezésre álló digitális képekből az emberi szem fiziológiáját figyelembe véve könnyebben értékelhetőbb képek állítanak elő. A digitális képet megfelelően ki kell zoomolni, az ablakozási technikákkal a kiértékelendő szövetre optimalizálni. A 3D rekonstrukcióval a megfelelő denzitású felszínek megjeleníthetők. A denzitás értékekhez való szin hozzárendelésével szélesebb ablakot használva is növekszik a szem kontrasztérzékelő képessége, azaz egyszerre több különböző denzitású lépcsőt tud megkülönböztetni.
Monitor: A digitális-analóg konverzió után a kép magas felbontású monitoron megjeleníthető. A mintavételi frekvencia itt is fontos, mint az A/D konverzió során. Ha a monitor beégett, vagy helytelen a kontraszt és fényerő szabályozása - jelentősen romlik a képek értékelhetősége. Fényvisszaverés gátló szűrők alkalmazása és MON-X szemüveg viselése ajánlatos.
Multiformat kamera: Mivel a vizsgálatokat gyakran nem monitorról, hanem utólag az elkészült filmek elemzésével értékelik az orvosok a fényképező berendezés minőségellenőrzésének nagyon nagy jelentősége van. Tisztaság, pormentesség nélkülözhetetlenek. A mozgó monitorral ellátott optikai kamerák egyszerűbbek, képminőségük gyengébb, mint a laser-es multiformát kameráké.
Előhívó automata: A hívási, fixálási és öblítési folyamatok állandóságát általában mikrochip figyeli. Ma már léteznek előhívók, melyek a gyári csomagoláson található vonalkód alapján a hívási paramétereket a standardhoz képest útánállítják a betöltött film gyárilag tesztelt érzékenységének megfelelően.
Film: A kamerákhoz megfelelő vastagságú, átlátszóságú, érzékenységű film használandó, különben a film betöltését figyelő fotodióda pl. nem érzékeli a film behúzását és rátölt.
Back-up: A képek minőségromlás nélküli digitális tárolása a legolcsóbb, legbiztonságosabb módszere a képarchivum készítésére. Ma számtalan adatkompressziós eljárás segítségével a kép memória igénye nagymértékben, akár 90-95%-kal csökkenhető. Óvakodni kell azonban az ilyenkor fellépő adatredukciótól, melynek hatására nem az eredeti képet kapjuk tesszük el!!!
Egy lánc erőssége mindig a leggyengébb láncszem erőségével egyenlő. Ez áll a CT képalkotására is. Elég egyetlen egy gyenge láncszem az adatakviziciótól kezdve, a szoftver képességein keresztül, a kép megjelenítéséig és a képminőség a leggyengébb láncszem szintjére zuhan!
Eredmények
Mivel egy olyan komplex berendezés minőségellenőrzését, mint amilyen egy CT, csak a szakszerviz végezheti és mivel a mindennapi gyakorlatban nincs szükség a gép szétszedését követően az egyes alkatrészek ellenőrzésére (általában ez nem is lehetséges), ezért olyan minőségellenőrző módszer segítségével tájékozódhatunk a készülék megfelelőségéről, mely a bemenet és kimenet közt elhelyezkedő összes részegységet egyszerre értékeli.
A mi gyakorlatunkban RMI gyártmányú fej/test CT phantommal végeztük a minőségi paraméterek ellenőrzését. Igyekeztünk olyan egyszerű protokollokat összeállítani, melyek segítségével a CT üzemeltető szakasszisztensek a munka kezdés előtt könnyedén meggyőződhetnek a készülék hibátlan működéséről vagy felfedezhetik a rejtet hibák képminőséget befolyásoló jelenlétét. Igy a szakszerviz időben értesíthető, a hiba elháríthatóvá válik, még mielőtt diagnosztikus tévedések forrása lehetne.
A másik célunk olyan átfogó, részletekbe menő minőségellenőrző és biztosító program kidolgozása volt, mely a CT gyakorlatilag minden kritikus elemének standard módon, a későbbiekben reprodukálhatóan történő, kiértékelését teszi lehetővé.
A következőkben röviden ismertetem az általunk végzett mérések módszertanát és az ezekből levonható következtetéseket.
A munkánk során a következő paraméterek vizsgálatát végezzük el:
A spirál közepén elhelyezett kis golyó a helyesen pozicionált fantom minden betétjében az ábrázolódott ív közepén helyezkedik el. Az ábrázolódó ív nagysága a szeletvastagságától függ. Mivel 2 cm menetemelkedés 360° -nak felel meg, minden 1 mm szeletvastagság 18° -os ívrészletet ábrázol (l. a 2-s ábrát).
Amennyiben a betét és a fantom nincs megfelelően elhelyezve a metszési síkban, ugy az acélgolyó a láthatóvá vált ívrész szélénél fog ábrázolódni (l. 3-as ábrát).
A vízszinteshez képest szöget fog bezárni az ív szakasz és ennek a szögnek a nagysága egyenesen arányos a fantom kimozdulási fokával a metszési síkhoz képest. A 4-ik ábrán látható 54° -os eltérés annyit jelent, hogy a fantomot 3 mm-rel (54° / 18° ) be kell tolni a gantry-be.
Vékonyabb szelet esetén a spirálból kissebb részlet válik láthatóvá (l. az 5-ik ábrát). Ezzel a módszerrel megközelitő pontossággal szeletvastagság is mérhető.
A 6-ik ábra egy pontatlanul beállított fantomot ábrázól. Ebben az esetben a fantom bal szélét 3 mm-rel be kell tolni, a jobb szélét 2 mm-rel ki kell huzni a gantryböl. A fantom felső és alsó széle jó helyzetben vannak.
A CT szám pontosságát ismert
denzitású fantom betétek CT szám meghatározásával ellenőrizzük: polypropylene
-100 HU, polyethylene -90 HU, vizdenzitású betét 0 HU, acryl 120 HU, teflon 900
HU.
A CT szám homogenitás alatt a gantry területén különböző pontokban
vizdenzitású fantommal mért CT számok egyformaságát értjük.
A zaj megegyezik az adott ROI-ban mért CT szám standard deviációjának
mértékével.
A fent ismertetett méréseket a készülék által támogatott összes csőáram
(mA), scannelési idő, szelet vastagság, filterezés paraméterekkel kell elvégezni
minden lehetséges kombinációban. A ROI minden esetben azonos számú képelemet
kell hogy tartalmazzon, azonos nagyítás mellett. Ez az időbeli állandóság helyes
megítéléséhez nélkülözhetetlen. A temporális stabilitás a készülék állapotának
érzékeny detektora.
A térbeli felbontó képességet magas (100%-os) kontraszt esetében a
vízdenzitású betétbe fúrt 1.5 / 1.25 / 1.0 / 0.8 / 0.6 / 0.5 / 0.4 átmérőju
levegő tartalmú furatok sorozataival határozzuk meg a gantry különböző pontjain.
A térbeli felbontó képesség alacsony (0.6%-os) kontraszt mellett egy CT
készülék egyik legfontosabb paramétere. Ettöl függ, úgyanis, a diagnosztikában a
homogén képleteken belüli laesiók felismerhetősége (pl. májmetsztázis,
lépinfarktus, tumoron belüli necrosis, stb.) Az alacsony kontrasztú felbontás
nagymértékben korrelál a képzaj szintjével, de pontosan csak megfelelő betéttel
mérhető. Munkánkban a környezetükkel (vízdenzitású közeg) 0.6%-os kontrasztot
alkotó, egymás mellé helyezett 8 / 5.6 / 4 / 2.8 / 2 mm átmérőju, gyantával
kitöltött furatok sorozatával határoztuk meg az alacsony kontrasztú felbontást.
Egy fontos élettani fenomén alapvetően befolyásolja az alacsony kontrasztú
elemek érzékelhetőségét. A látószögnek minél kisebbnek kell lennie, a látási
távolságnak lehetőleg minél nagyobbnak kell lennie (minimum 3-4 méter a monitor
képernőjétöl vagy a film síkjától számítva!)
A szeletvastagság tényleges mérete döntő a CT alacsony kontrasztú felbontása
szempontjából (nagy voxel = erős volumen effektus) és a páciens sugárterhelése
szempontjából. A szeletvastagság mérése lehetséges a fantom pozicionálását
segítő spirális drót betétek segítségével a fent emlitett módon. Sokkal
pontosabb azonban a szeletvastagság mérése a szenzitivitási profil betéttel. A
betétben egy 0.5 mm vastag alumínium lapocska van a szelet síkjához képest 26.6
fokban bedöntve (l. a 7-es ábrát). A lapocska hosszabb oldala közepénél egy apró
lyuk van fúrva, mely helyesen beállított fantom esetén mindig a lapocska közepén
ábrázolódik.
A döntési szögnek köszönhetően a tényleges szeletvastagságnál kétszer hosszabb lapmetszet válik láthatóvá (l. 8-as ábrát). A kép kiértékelésnél rendkivül fontos a megfelelő ablakozási technika, de ennek részleteivel jelen munkánkban nem foglalkozhatunk.
Az MTF és PSF funkciókat egy opcionális 0.25 mm fémszálat tartalmazó betéttel mérhetjük, de a MTF pontosabb meghatározása a szenzitivitási profil betéttel végezhető.
A CT vizsgálatok során a módszer fizikájából adódóan szükségszerűen fellépnek bizonyos műtermékek. A sugárkeményedés néven ismert fenomén abból fakad, hogy a rtg csőből kilépő sugárzás nem monokróm, hanem lefed egy bizonyos szélességű spektrumot. A magas denzitású objektumok megszűrik a spektrumsáv alsó szélét relatív sugárkeményedést okozva. Mivel azonban a sugárgyengítés nemcsak az anyag atomikus számától, hanem a csillapítási együtthatók minden anyag esetén energia dependensek is, a keményebb sugár másféleképpen nyelődik el a magas denzitású objektumok árnyékában. A rekonstrukciós algoritmusok azonban ezt csak korlátozott mértékben képesek felismerni és korrigálni és igy a képen műtermékek keletkeznek (a csont betét belsejében alacsonyabb denzitású pontokat találunk, és a szomszédos vizdenzitású környezetben csillagszerű mintázat jelenik meg). Ezek subjektív megitélése magas denzitású teflon betétek segitségével lehetséges.
Megbeszélés
Úgy találtuk, hogy a mindennapi
gyakorlatban a CT állapotának tájékozódó jellegű felmérésére kiválóan alkalmas a
CT szám stabilitás, homogenitás és zaj mérése. Ezek a paraméterek érzékenyen
reagálnak az egész rendszerben keletkezett hibákra. Ugyanakkor ezek a mérések
nem igényelnek precíz fantom pozicionálást (sőt még fantomot sem!) és paraméter
kombinációnként egyetlen scanneléssel kivitelezhetők.
Egy részletes tesztelésnél azonban ki kell térni a fent emlitett összes
paraméter mérésére és elemzésére, mivel a rejtett hibák és ezek kölcsönhatásai
csak igy ismerhetőek fel biztonsággal.
A minőségbiztositás és ellenörzés legalább olyan fontos részei a
diagnosztikus tevékenységnek, mint a megfelelő asszisztens és orvosképzés.
Miközben a metódikából származó hibák egy részét a helyes képkiértékeléssel még
korrigálni lehet, addig a CT készülék hibás müködéséből fakadó téves mérésre nem
derülhet fény rendszeres minőségellenörzés hiányában. Ezek a hibák beépülnek a
képbe félreértéseket és diagnosztikus tévedéseket okozva ugy, hogy ráadásúl a
legbecsületesebb operátorban és orvosban még csak fel sem merül a hiba
lehetősége!!!
Az indokolatlan páciens sugárterhelés egy másik érv, mely a rendszeres
kontroll mellett szól.
Rövidre fogva a szót, az eredményes diagnosztikához rendszeres képzés és
tudatos minőségbiztositás szükségeltetik. Az ORSI-ban kidolgozott rövid
algoritmusok segitségével a CT készülék, mint egység, rutinszerüen naponta
gyorsan, tájékozódó jelleggel ellenörizhető még drága CT fantom hiányában is.
Kalibrációt követően az üres gantry-t két-három skennelési üzemmódban végigmérve
könnyüszerrel elvégezhető a CT szám pontosságának, a CT szám homogenitásának és
zajának meghatározása. Ezeknek a paramétereknek időbeli hirtelen romlása
érzékenyen reprezentálja a készülék egészének állapottromlását, a CT
meghibásodását. A mérési jegyzőkönyvek a szerviz szakembereinek is támpontot
jelentenek és segítik a hiba gyors elháritását.
A rendszeres minőségbiztosítással nem csak a beteg és orvosa jár jól, hanem a kezelő személyzet és a szervíz is. Végső soron pedig az egészségügy, a társodalom és minden egyes állampolgár. Sok felesleges kiadást, ismételt vizsgálatot és végzetes hibát lehetne elkerülni megfelelően elvégzett egyszerű minőség ellenőrző műveletekkel!