Origgi_CQ Mammografia digitale

Azienda Ospedaliera Istituti
Ospitalieri di Cremona
Controlli di qualità su mammografi digitali diretti
Daniela Origgi
Fisica Sanitaria, IEO - Milano
Cremona, 14 maggio 2012

MAMMOGRAFIA DIGITALE
DIGITAL
MAMMOGRAPHY
DETECTORS
INTEGRATION
PHOTON
COUNTING
Sectra
INDIRECT
DIGITAL
DIRECT DIGITAL
PHOTOSTIMULABLE
PHOSHOR (CR)
GE
CCD
CsI:Tl + a-Si
INDIRECT
CAPTURE
FLAT PANEL
a-Se
DIRECT CAPTURE
Hologic
IMS
Philips
Planmed
Siemens

RIVELATORE e SPETTRI

SISTEMA ANALOGICO
oggetto TSRM Mammografo esposizione
Sistema schermo - film
rivelazione
film + sviluppo
acquisizione
film su diafanoscopio
visualizzazione
radiologo
Rivelazione, acquisizione e visualizzazione
sono strettamente correlate poichè il film è
il protagonosta in tutti i passaggi del
processo

SISTEMA DIGITALE
oggetto TSRM Apparecchio RX esposizione
Rivelatore digitale
rivelazione
Readout elettronico
acquisizione
Visualizzazione e stampa
visualizzazione
radiologo
Le tre fasi di rivelazione, acquisizione e
visualizzazione possono essere calibrati
indipendentemente una dall’altra in modo
tale da ottimizzare le prestazione di tutto in
processo

CONFRONTO
SCHERMO/PELLICOLA
“contrast limited”
Immagini “statiche”
Unico feedback:
controllo
dell’esposizione
Piccole differenze tra
sistemi diversi
DIGITALE
“noise limited”
Immagini “dinamiche”
Molti meccanismi di
feedback (elettronica)
Differenze sostanziali
tra sistemi diversi

CONTROLLI DI QUALITA’
PROTOCOLLI

EUROPEAN GUIDELINES
Courtesy of G.Gennaro

LINEE GUIDA EUROPEE
DOSIMETRIA 1996
Capitolo 3
CQ ANALOGICO 2001
CQ ANALOGICO 1996

LINEE GUIDA EUROPEE
2003 2006

WORK IN PROGRESS

Linee guida CE IV ed.(2006)
• Scopo principale: stabilire gli standard
per screening e mammografia digitale.
• Limiti riportati: ove possibile derivati da
mammo S/F. Le performance del digitale
devono essere almeno = a S/F!
• Molti limiti sono PROVVISORI

Linee guida CE IV ed.(2006)

A
Linee guida CE IV ed.(2006)
acquisizione
Immagine RAW
Gruppi Europei
ACRIN DMIST trial QC
QC test ditte
AAPM TG 10 (CR)
AAPM TG 18
C
visualizzazione

Mammografia Digitale
CQ
Tubo RX
CQ
Rivelatore
CQ
MONITOR

Linee guida CE IV ed.
1. ACQUISIZIONE IMMAGINE
GENERATORE E
TUBO
RADIOGENO
come analogico
STESSI CQ
Yaffe et al. (QC for digital mammography part II, Med
Phys 33 (3) march 2006): generatori HF, feedback,
interlocks -> stabilità output e immagine (anche SW
aiuta) -> no CQ kV, solo HVL e output.
CAE
RICHIESTA PRESENZA

Linee guida CE IV ed.
2. VALUTAZIONE Q. I.
1. SOGLIA DI CONTRASTO IN
MODALITA’ CLINICA
2. QUALITÀ IMMAGINE PER
SPESSORI
N.B. sempre su immagini non processate
(RAW)

RAW and PROCESSED
nella radiologia digitale
FOR PROCESSING : immagine disponibile per elaborazioni
successive, a seconda dell’applicazione, prima di essere
visualizzata. Questa è la tipologia di immagine il cui contenuto
numerico è più vicino al dato grezzo del pixel. Tale tipologia non
assicura che la matrice di pixel non abbia subito qualche sorta di
elaborazione ma esclude che la modifiche dei valori digitali siano
diverse dalle procedure di correzione derivate dalla calibrazione
del rivelatore (gain, offset, bad pixel, ecc.), E’ la tipologia di
immagine idonea per la misura e il calcolo degli indici di qualità
fisica.
FOR PRESENTATION: tipologia d’immagine finalizzata
all’interpretazione diagnostica. Può essere visualizzata e analizzata
da un osservatore, dopo eventuali e ulteriori trasformazioni della
scala di grigio (LUT) o altre elaborazioni del contrasto.
Origgi D

Mammografia Digitale
Prima di iniziare i CQ cercare di disabilitare tutti i possibili
“processing” dell’immagine

Mammografia Digitale

Linee guida CE IV ed.
3. DOSIMETRIA
ANALOGICO ESAK D.O.
DIGITALE ESAK ?
ALARA
Almeno dose non superione a S/F in
termini di dose ghiandolare (AGD)

Linee guida CE IV ed.
4. RIVELATORE
1. FUNZIONE DI RISPOSTA IN FZ DI
DOSE
2. VALUTAZIONE DEL RUMORE (NOISE)
3. “TESSUTO MANCANTE” VS PARETE
TORACICA
4. PIXEL DIFETTOSI
5. OMOGENEITÀ DEL RIVELATORE
6. FADING (CR)
7. GHOST

Parametri
NIENTE DI NUOVO RISPETTO ALL’ANALOGICO
Per alcuni CQ in assenza delle pellicole usare i CR
Si consiglia di coprire il rivelatore durante i CQ del tubo RX

UNIDOS
1.5 Rendimento del tubo
Il rendimento del tubo (RT) è espresso dal rapporto tra la
• dose in aria (mGy), con camera a ionizzazione misurata a 45mm
sopra il piano di appoggio del mammografo a 60 mm dal bordo
toracico, senza fantoccio,
• il valore del carico anodico (mAs):
RT =
mGy
mAs
camera a ionizzazione

mGy
1.5 Rendimento del tubo
Rendimento
14,0
12,0
10,0
y = 0,086x - 0,0341
R² = 1
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0 50 100 150
mAs

1.6 Accuratezza e Riproducibilità dei kVp
Riproducibilità:
5 misure a 28kV → DEV.ST / MEDIA < 3%
Accuratezza:
Misure di kV nel range 25-30kV → ∆kV < ± 1kV
L’UNFORS consente la verifica solo per il Mo/Mo.
Multimetro Unfors

HVL
HVL
1.7 Spessore Emivalente
1. Misura “classica” con filtri in Al e dosimetro
2. Utilizzando la stima fatta “direttamente” dal multimetro
3. Simulazione
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
HVL W/Rh con compressore
scarto max. 2.8%
Multimetro: Unfors Xi Platinum
Simulazione: Spectrum Processor
Mammografo: IMS Giotto SDL
HVL Simulato
HVL Unfors
20 22 24 26 28 30 32 34 36
kV
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
HVL W/Ag con compressore
scarto max. 2.4%
HVL Simulato
HVL Unfors
20 22 24 26 28 30 32 34
kV
4. Tabulati/pubblicati (Euref, IPEM, Boone, altri articoli…)
NB: errori in HVL (es. 10%) -> errori in c e g -> errore in AGD (8-11%)

1.7 Spessore emivalente
SEV
S
1
2
x
2 2 x
ln S2
ln
x0
x0
x
ln
2
x1
1
Accettabile: kVp/100 + 0.03 ≤ HVL ≤ kVp/100 + C
dove:
C = 0.12 for Mo/Mo
0.19 for Mo/Rh
0.22 for Rh/Rh
0.30 for W/Rh
and kVp è il valore misurato per il relativo KVp nominale
A 28kV, Mo-Mo il SEV deve essere compreso tra 0.30mm e 0.40mm

Parametri

2.1 Sistema CAE: riproducibilità a breve termine
multimetro
Campo di
luce (linea
tratteggiata)
Tavolo di supporto
della mammella
Fantoccio test di 45 mm di spessore
(forma a semicirconferenza – simulazione
seno)
Valore limite:
DEV.ST ≤ ± 5%

2.3 Dosimetria/Sistema CAE: kerma in aria e dose in ingresso
1. In modalità esposimetro automatico acquisire immagini di fantocci di diversi
spessori, annotando valori kV, di mAs e l’accoppiamento anodo-filtro scelti dal
CAE si consiglia di fissare la forza di compressione
2. Eseguire irraggiamenti in aria impostando i parametri di tensione e carica
indicati dal CAE per i diversi spessori. Misurare con un multimetro il valore di
Kerma e SEV
confronto
ESD
ESAK
BSF

Dose Ghiandolare Media AGD/MGD
AGD = g (HVL, thickness) * ESAK 1996
Mo/Mo

Dose Ghiandolare Media AGD/MGD
g: tiene conto dello spessore
della mammella e del SEV del
fascio impiegato
(Mo/Mo-50/50).
AGD = g • c • s • ESAK
s: corregge per
accoppiamenti
anodo/filtro diversi
da Mo/Mo.
C:: tiene conto della percentuale
di tessuto ghiandolare presente
nella mammella.

Dose Ghiandolare Media AGD/MGD

2.4 Dosimetria/Sistema CAE: Dose Ghiandolare media (AGD)

2.4 Dosimetria/Sistema CAE: Dose Ghiandolare media (AGD)
Dalle misure di Kerma in aria effettuate si calcola la dose ghiandolare media a una
mammella standard di spessore e composizione equivalenti agli spessori di PMMA
utilizzati
AGD = ESAK · g · c ·s
g → fattore di conversione kerma in aria-dose ghiandolare (spessore della mammella
compressa, SEV, Mo/Mo, mammella composta da 50% t. ghiandolare 50% t. adiposo)
c → variazioni della percentuale di tessuto ghiandolare (spessore della mammella, SEV, età)
s → spettro energetico (corregge per accoppiamenti anodo/filtro diversi da Mo/Mo)

2.5 Sistema CAE: Compensazione per spessore dell’oggetto e
tensione del tubo
Valutazione della qualità dell’immagine in modalità automatica in funzione
degli spessori di PMMA (range 20-70 mm con step di 10mm)
PMMA
Al 0.2 mm
6 cm
1 2
CNR =
PV(Al) - PV(bgd)
(SD(Al) 2 + SD(bgd) 2 )/2

2.5 Sistema CAE: Compensazione per spessore dell’oggetto e
tensione del tubo
N.B. si consiglia di inserire lo
spessore di Al già durante la
valutazione dell’esposimetro
automatico

Punto critico

Parametri

4.1 Fattore griglia
1. Acquisire immagine con griglia, annotare ESD e valor medio pixel PV 0 in una
ROI di riferimento ESD 0
2. Acquisire due immagini senza griglia con valor medi di pixel sotto e sopra il
valore ottenuto nella prima misura
3. Interpolare la dose in ingresso ESD 1 necessaria ad ottenere lo stesso valore
PV0
Fattore
griglia
ESD
ESD0
1
3

5.1 Rivelatore d’immagine: funzione di risposta

5.2 Rivelatore d’immagine: valutazione del rumore

5.3 Rivelatore d’immagine: omogeneità
ROI 3 N
ROI 2 O
ROI 1 C
ROI 4 E
ROI 5 S
• Valor medio pixel di ogni ROI deve differire meno di
15% dal valor medio su tutta l’immagine
• SNR di ogni ROI deve differire meno di 15% dal
SNR mediato su tutte le ROI
N.B. l’omogeneità è più critica maggiore è al
dimensione del rivelatore 24x30>>18x24

Parametri

6.1 Qualità immagine: Risoluzione spaziale ad alto contrasto
1. Acquisire un’immagine del fantoccio
TORMAX+35mm di spessori di plexiglas in
modalità semiautomatica a 28kV
2. Misura di risoluzione in senso parallelo e
perpendicolare all’asse del tubo
3. La risoluzione deve essere maggiore o
uguale a 5 coppie di linee/mm

6.2 Qualità immagine: Risoluzione spaziale a basso contrasto
1. La risoluzione deve essere confrontata con il valore di riferimento, solitamente maggiore
o uguale a 2.8 coppie di linee/mm

6.3 Qualità immagine: indice di contrasto e micro calcificazioni

Dall’analisi soggettiva … all’analisi automatica del fantoccio TORMAX:
Software PIAAA
Analisi di immagini acquisite con fantocci:
TORMAX, TORMAS, TORMAM
TORCDR, TOR18FG, TOQ6
Indice Risoluzione Analisi di delle granularità
ad performance:
il riconoscimento
basso alto contrasto
del studio dettaglio G.Genaro et al (2007)

6.5 Ghost
Residuals of previous images visible on the current image
• Misurare il valore medio in 4 ROI (area 4cm 2 ) nelle posizioni 1, 2, 3 e
valutare il “ghost image factor”:
• Valore limite: “Ghost image factor”

6.5 Ghost in pratica

Controlli settimanali (eseguiti dal TSRM)
1. Sistema CAE: riproducibilità a lungo termine
Fantoccio ACR

2. Rivelatore d’immagine: flat field

3. Rivelatore d’immagine: CNR e MTF
Fantoccio
IQST

Controlli mensili (eseguiti dal TSRM)
CAE e SNR Test
• Modalità AOP (Automatic
Optimization of Parameters)
• Test per 2 cm, 4cm, 6cm
spessori di plexiglas
• Valutazione costanza dei
parametri di acquisizione (kV,
anodo/filtro, mAs)
• Misura SNR e confronto con i
valori baseline (±20%)
• Misura CNR e confronto con i
valori baseline (±20%)

CAE e SNR Test
Controlli mensili (eseguiti dal TSRM)

THRESHOLD CONTRAST VISIBILITY
FANTOCCIO CDMAM 3.4
• Matrice di 205 celle quadrate contenenti dettagli circolari d’oro di spessore variabile
da 2μm a 0.03 μm e diametri compresi tra 2mm e 0.06mm su uno strato di
alluminio
• Curve Contrasto-Dettaglio:
• Maggior numero di punti rispetto alle altre curve CD
• Determinata valutando le soglie di contrasto (spessore minimo visibile di oro)
di ciascun dettaglio al variare del diametro
www.euref.org
Test 4AFC

CDMAM 3.4
• Metodo soggettivo: tipicamente 3 osservatori esperti. Confronto con i valori di
soglia indicati nelle linee Guida Europee.
• Metodo oggettivo: software di lettura automatica CDMAM Analyser. I valori di
soglia di contrasto ottenuti per ciascun diametro sono convertiti con opportuni
fattori per ottenere quelli ottenibili da un osservatore umano
• WWW

Grazie per l’attenzione!
daniela.origgi@ieo.it
Ringrazio per il materiale messomi a disposizione G.Gennaro e V.Rossetti