Radiologia Digital

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Conceitos básicos de radiologia digital.

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Radiologia Digital

  1. 1. Radiologia Digital Paulo R. Fonseca Filho, Prof. Dr. prfonseca@live.com
  2. 2. 2 AVISO  Este material foi produzido com propósito educacional, somente.  Sempre que possível, todas as referências são citadas.  Caso encontre alguma violação de direitos autorais, por favor entre em contato Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  3. 3. 3 Conteúdo complementar /imagemmedica Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  4. 4. 4 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com http://guiadoestudante.abril.com.br/imagem/astronomia.jpg Visão Geral
  5. 5. 5 Visão geral  Serviços de diagnóstico por imagens estão se tornando ambientes digitais Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  6. 6. 6 Visão geral  Serviços de diagnóstico por imagens estão se tornando ambientes digitais  Instrumentações digitais  CT e MRI  Desenvolvidas a partir de sistemas digitais  Ultrassom e Medicina Nuclear  a partir de 1970 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  7. 7. 7 Visão geral  Serviços de diagnóstico por imagens estão se tornando ambientes digitais  Instrumentações digitais  Exceção: Radiologia “convencional”  Hoje, sistemas tela-filme estão sendo substituídos gradualmente por receptores digitais mas... Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  8. 8. 8 Um sistema de imagem “tem”: Detecção Registro Visualização Análise Comunicação Armazenamento Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Sistema tela-filme
  9. 9. 9 Sistema tela-filme x digital  Registro: Curva não linear | Curva linear  Processamento: Químico | Digital  Visualização: Negatoscópio | Monitor   Condições ambientais Análise Subjetividade (médico)  | menor subjetividade  processamento  Sistemas CAD  Transmissão:  Armazenamento: difícil (cópia física)  Espaço físico + funcionário (s)  “Casos” não compartilhados Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com | fácil (PACS) | Banco de dados + servidores (HIS/RIS) (arquivo) | compartilhado (rede)
  10. 10. 10 O porquê da mudança “lenta”  Sistema tela-filme  Bem conhecido e amplamente estudado  Excelente qualidade de imagem na maioria dos casos  Não houve muito estímulo à mudança  Novos detectores não trouxeram melhora de qualidade  Profissionais da área já estão habituados ao sistema telafilme Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  11. 11. 11 Além disso...  Considerando que as imagens possuem  Grande campo de visão (FOV)  Elevada resolução espacial  É necessária uma grande quantidade de dados para representar uma imagem  Exemplo:  Radiografia “corriqueira” de tórax  de 4MB (2000 x 2000 x 8 bits) a 32 MB (4000 x 4000 x 12 bits)  Uma imagem (slice) de CT  0,5 MB  Uma imagem (slice) de SPECT  16 kB (0,016 MB) Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  12. 12. 12 Desvantagem de imagens digitais  Ocupam muito espaço para armazenamento  Requerem grande largura de banda para transmissão em um sistema PACS*  Requerem monitores de alta luminosidade e resolução  2000 x 2500  Elevado custo: em torno de 25000 dólares  *PACS: picture archiving and communication system Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  13. 13. Sistemas digitais  Indiretos  Digitalização de filme analógico  Digitalização de placa de imagem (CR)  Diretos (DR)  Conversão indireta  Conversão direta Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com http://www.ge-mcs.com/pt/radiography-x-ray/digital-x-ray.html 13
  14. 14. Fluxo de trabalho? 14 Filme: 15 min 1:30 Recebe paciente 2:15 1:00 Ultima exposição 1ª exposição 0:10 0:05 1º filme revelado Ultimo filme revelado 0:30 C Q Paciente liberado 5% repetições CR: 15 min 1:30 Recebe paciente 1:00 2:15 Ultima exposição 1ª exposição 0:30 0:05 1º chassi lido Ultimo chassi lido Workstation + CQ Paciente liberado Mínimas repetições 1:30 DR: 5 min Recebe paciente 0:45 1ª exposição + CQ 0:45 Ultima exposição + CQ Paciente liberado + exame na workstation Mínimas repetições Adaptado de Pina, D.R.
  15. 15. 15 Sistemas digitais Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Lança & Silva, 2008
  16. 16. 16 Sistemas digitais Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Lança & Silva, 2008
  17. 17. 18 CR Computed Radiography Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  18. 18. 19 Radiologia Computacional  Radiologia Computacional* é um termo comercial para detector de fósforo foto-estimulável **  Neste caso, o termo “fósforo” refere-se ao material que emite luz quando atingido por um feixe de raios-X  Exemplo: Gd2O2S  *CR: Computed Radiography  ** PSP: photoestimulable phosphor detector Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  19. 19. 20 PSP  Quando o feixe de raios-X é absorvido  Parte é convertida em luz imediatamente  Parte é armazenada e pode ser “lida” posteriormente  Por este fato, PSP as vezes são referidos como  Fósforos de armazenamento  Placa de imagem (ou “imageamento”) Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  20. 20. 21 Constituição  As placas de CR geralmente são BaFBr ou BaFI  + Eu para aumentar eficiência de detecção  Comumente referidos como fluoreto de bário Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  21. 21. 22 PSPs Z: número atômico efetivo; EK: energia de ligação dos elétrons na camada K (keV); Eg: Gap de energia entre a banda de valência e a banda de condução (eV); G: Ganho de conversão (quantidade de fótons emitidos para energia de 50 keV); W: energia média absorvida necessária para liberar um único fóton de luz.
  22. 22. 23 PSPs Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  23. 23. 24 Operação  Placas de fósforo são telas flexíveis posicionadas em cassetes muito parecidos com os cacetes tradicionais  A técnica de imagem (kV e mAs) é a mesma da radiologia “convencional” Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  24. 24. 25 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  25. 25. 26 Tela - filme CR Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  26. 26. 27 Leitura  1 : O cassete é inserido na unidade de leitura Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  27. 27. 28 Leitura  2: A placa é movimentada e “escaneada” por um sistema de laser Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  28. 28. 29 Leitura Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  29. 29. 30 Leitura  3: laser estimula a emissão da energia armazenada na placa Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  30. 30. 31 em outras palavras... Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Lança & Silva, 2008
  31. 31. 32 em outras palavras... Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  32. 32. 33 Leitura  4: a luz emitida é coletada por um guia de fibra óptica e chega a um TFM Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  33. 33. 34 Leitura  4: a luz emitida é coletada por um guia de fibra óptica e chega a um tubo fotomultiplicador (TFM) Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Powsner & Powsner
  34. 34. 36 Leitura  5: Sinal elétrico é digitalizado e armazenado Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  35. 35. 37 Apagamento  6: Placa é exposta a luz branca de alta intensidade  A primeira leitura da placa não coleta toda energia armazenada  Podem ser realizadas segundas ou terceiras leituras durante o processo anterior  http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/lightsources/tungstenhalogen.html
  36. 36. 38 Apagamento  5: Sinal elétrico é digitalizado e armazenado  6: Placa é exposta a luz branca de alta intensidade  7: Placa é devolvida para o cassete e está pronta para uso Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  37. 37. 39 Sensibilidade  Uma das vantagens da CR é a sua resposta Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Bushberg Lança & Silva, 2008
  38. 38. 40 Sub-exposição Sistema tela-filme Super-exposição Radiologia Computacional (CR) Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Sub-exposição Super-exposição
  39. 39. 43 Sistemas DR CCD – charge-coupled device TFT – thin-film transistor Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  40. 40. Desafio: imagem digital de alta resolução Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com http://www.anrad.com/solutions-breast-imaging.htm 44
  41. 41. 45 CCD Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  42. 42. 46 CCD  Charge coupled devices  Mesmo sistema empregado em câmeras digitais  PSPs recebem uma imagem analógica e esta é digitalizada  CCDs já discretizam a imagem em coordenadas espaciais  O outro processo de discretização (digitalização) é realizado na intensidade Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  43. 43. 47 CCD  Charge coupled devices Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  44. 44. 48 CCD Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  45. 45. 49 CCDs Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  46. 46. 50 CCDs Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  47. 47. 51 CCDs Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  48. 48. 52 Flat pannels “Detectores planos” Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  49. 49. http://www.anrad.com/products-direct-xray-detectors.htm 53
  50. 50. The larger size LMAM detector is designed to address the USA and European mammography markets. Its key features are: • Field of view: 24 cm x 30 cm (10”x12”) • Pixel pitch: 85 µm • Superior image quality: high DQE, high MTF, high contrast, high dynamic range • High dynamic range • High patient throughput • Tomosynthesis capability http://www.anrad.com/products-direct-xray-detectors.htm 54
  51. 51. 55 Bushberg “Flat pannels”
  52. 52. 56 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  53. 53. 57 Leitura Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Lança & Silva, 2008
  54. 54. 58 Leitura Bushberg Lança & Silva, 2008
  55. 55. 59 DR - indireto http://www.analog.com/en/content/digital_xray_technology_improves_patient_exp/fca.html
  56. 56. 60 DR - indireto Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  57. 57. 61 DR - direto http://www.analog.com/en/content/digital_xray_technology_improves_patient_exp/fca.html
  58. 58. 62 DR Raios-X Eletrodo superior Eletrodo coletor a-Se camada de 250 mm de espessura Saída de sinal TFT Capacitor Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com conjnto de semicondutores que recebem radiação e transforma em sinal elétrico.
  59. 59. 63 DR –direto Agulhas de CsI 5µm diametro Fóton Raios-x Fótons de luz (cada fóton de RX gera 3000 fótons de luz) 20 µm Pixel Pitch (100µm) Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  60. 60. 64 Desempenho Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  61. 61. 65 Desempenho Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Lança & Silva, 2008
  62. 62. 66 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Lança & Silva, 2008
  63. 63. 67 Visualização e impressão Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  64. 64. 68 Visualização – exemplo em mamografia  Dois monitores de 5 Mpixel  Monitor para outras modalidades  1024 tons de cinza  Curto tempo entre exames  Anotação textual específica Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  65. 65. 69 Visualização Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  66. 66. 70 Visualização Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  67. 67. 71 Impressão – exemplo para mamografia      Densidade óptica máxima 3,6 (3,5) 4096 tons de cinza Tamanho de pixel 40 mm (38,75) Dimensões de filme 18 x 24 cm DICOM 3.0 LR 5200 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com DryView 8610
  68. 68. 72 PACS Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  69. 69. 73 Disco Magneto-óptico Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Fita magnética DVD
  70. 70. 74 PACS Os sistemas de informações mais utilizados na área médica é o PACS (Picture Archiving and Communication System) Sistema captura, armazenamento, recuperação, distribuição e exibição voltada para o diagnóstico por imagem que permite o pronto acesso, em qualquer setor, de imagens médicas em formato digital. Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  71. 71. 75 PACS, RIS e HIS O sistemaa PACS em conjunto com: RIS- Radiologic Information System - Departamental HIS- Hospital Information System - Integrado Formam a base para um serviço de radiologia Filmless (hospital com ambiente de rede amplo e integrado, no qual o filme foi completamente ou em grande parte substituído por sistemas eletrônicos que adquirem, arquivam, disponibilizam e exibem imagens.) Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  72. 72. 76 Qualidade de imagem Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  73. 73. 77 Qualidade de imagem Latitude – resposta dinâmica DQE (detective quantum efficiency) MTF (modulation transfer function) Pixel Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  74. 74. 78 Qualidade de imagem Filme Sistema digital Latitude D.0 Tecido adiposo D.O Linha da pele Mama densa exposição exposição Linha da pele Tecido adiposo Mama densa Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  75. 75. 79 Qualidade de imagem – eficiência  DQE (detective quantum efficiency) - Exprime a sensibilidade do sistema aos fótons.  DQE- Normalização do ruído quadrático equivalente a imagem de saída, em função do número de quanta incidente por área de detecção.  O incremento do DQE pode ser interpretado como uma redução da quantidade de fótons necessários para a obtenão de um mesmo ruído quadrático equivalente. Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  76. 76. 80 Qualidade de imagem – eficiência Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  77. 77. 81 Qualidade de imagem – eficiência Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  78. 78. 82 Qualidade de imagem – resolução  MTF (modulation transfer function)  resolução espacial  maior MTF  > resolução (nitidez)  maior MTF  > contraste  Menor espaçamento entre duas linhas na imagem que pode ser determinada como função do contraste. Essa grandeza exprime a capacidade do sistema de reproduzir o sinal de entrada. Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  79. 79. Resolução 83  PSF  Point-spread function  MTF  Modulation transfer function  LSF  Line spread function   MatLab Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  80. 80. 84 Qualidade de imagem resolução  Digital – 5 a 10 lp/mm Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  81. 81. 85 Qualidade de imagem Resolução Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  82. 82. 86 Resolução x espessura Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  83. 83. Comparação de resolução 87 DR Tela-filme CR RX RX direta indireta RX CsI(Tl) BaFBr Perfil do sinal Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com RX aSe + + + +
  84. 84. 88 CR - Resolução Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  85. 85. 89 CR - Resolução  Efeito do tamanho da placa nas dimensões do pixel Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  86. 86. 90 Resolução Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  87. 87. 91 Resolucao final do sistema Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  88. 88. 92 Qual é a melhor instrumentação digital? Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  89. 89. 93 CR Contras Prós  Semelhante a filme/écran  Detector  mais robusto  DQE baixo  Dose de radiação maior  Fluxo de trabalho longo   “barato”   vários tamanhos  Aproveita equipamentos de imagem disponíveis  Baixo investimento inicial Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Imagem não disponível imediatamente Leitora  Maior tempo de exame  Detector sujeito a danos  Vida útil
  90. 90. 94 CR Contras Prós  Semelhante a filme/écran   Detector mais robusto   Detector barato  Detector de vários tamanhos    Equipamentos convencionais já existente   Baixo investimento inicial  Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com DQE baixo Dose de radiação maior Fluxo de trabalho longo Imagem não disponível imediatamente Maior tempo de exame Detector sujeito a danos
  91. 91. 95 DR Prós  DQE elevado  Menor dose de radiação  Boa resposta dinâmica  Resolução espacial  Fluxo de trabalho curto  Menor tempo de exame Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com Contras  Custo inicial alto  Detector frágil  Detector caro
  92. 92. 96 Agradecimentos Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  93. 93. 97 Agradecimentos  Profa. Dra. Diana Rodrigues de Pina Miranda Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com
  94. 94. 98 Bibliografia  Bushberg, “The essential physics of medical imaging”, 2nd edition , Lippincott Williams & Wilkins  J. Anthony Seibert, “Physics of Computed Radiography”  J. Anthony Seibert, “X-Ray Imaging Physics for Nuclear Medicine Technologists. Part 2: X-Ray Interactions and Image Formation”, Journal of nuclear medicine technology, v. 33 (1), 2005  Lança, Luís, and Augusto Silva. "Digital radiography detectors–A technical overview: Part 2." Radiography 15.2 (2009): 134-138.  Lança, Luís, and Augusto Silva. "Digital radiography detectors–A technical overview: Part 1." Radiography 15 (2008): 58 Paulo R. Fonseca - prfonseca@gmail.com

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