Automazione di Processi. Processo (in generale) Controllo di Qualità: Ambiente AUTOMAZIONE DEI CONTROLLI DI QUALITA IN MAMMOGRAFIA DIGITALE

Transcript

1 Monitorare la Stabilità della Qualità delle Immagini e della Dose in Mammografia Digitale Padova, ottobre AUTOMAZIONE DEI CONTROLLI DI QUALITA IN MAMMOGRAFIA DIGITALE di Processi Metodo strategico per controllare, gestire e dirigere un processo con scarso o nullo intervento umano. Per processo si intende solitamente un sistema fisico, ma può essere anche una procedura o un compito dell uomo, che soggetto a certi stimoli (input) reagisce producendo dei risultati (output). Gilberto Contento, CyberQual S.r.l., Gorizia Processo (in generale) Controllo di Qualità: Ambiente Input Variables Digital Mammography System Output (Radiological ) Si Ej Vk Si Ej Vk Operator X-Ray Equipment Emitted RED Object Transferred RED Receptor Filter Digital u(t): il vettore degli ingressi controllabili e misurabili del sistema, cioè ciò su cui si può agire per variare lo stato di funzionamento del sistema; d(t): il vettore degli ingressi non controllabili, eventualmente misurabili del sistema, cioè i disturbi che agiscono sul processo; y(t): il vettore delle uscite misurate del sistema. Observer Man-Machine Interface Visualization System Si Ej Vk Si i =.. n Equipment Settings Ej j =.. m Environment Vk k =.. p Internal Status Processing Si Ej Vk

2 Controllo di Qualità: Processi I Processi sono le prove di controllo di qualità (test). Processo: test del fantoccio Input controllato Output I test sono misure di output di un (sotto)sistema mammografico con input definito e controllato. Elaborazioni Operator Si Ej Vk Si Ej Vk X-Ray Equipment Emitted RED Fantoccio mammografico + Perspex Transferred RED Receptor Le misure di output sono elaborate e confrontate con valori limiti e tolleranze per dedurre informazioni sullo stato e la performance del sistema mammografico. Calcola IQI Filter Digital I risultati dei controlli devono essere notificati a chi ha la responsabilità delle eventuali azioni di rimedio. Man-Machine Interface Si i =.. n Equipment Settings Ej j =.. m Environment Vk k =.. p Internal Status Controllo di Qualità: Sistema Il Controllo di Qualità non si esaurisce nei processi di esecuzione dei test ed elaborazione dei risultati. Organizzazione dell informazione Comunicazione Conoscenza Controllo di Qualità: Sistema STRUTTURE DATI Apparecchiature e componenti Protocolli QC Test Sessioni di misura Raw data Strumentazione Comunicazioni BASI DI CONOSCENZA Modalità di esecuzione dei test Valori limite, tolleranze Caratteristiche del sistema radiologico Relazioni tra input (spettro X) e output (immagine) Sintomi e malfunzionamenti PROCESSI Esecuzione dei test Acquisizione dati Elaborazione e analisi delle misure Interpretazione dei risultati Reporting

3 Controllo di Qualità: Comunicazioni Controllo di Qualità: Conoscenza Valori limiti (da Screening Veneto: Protocollo operativo ) M a m m o M a m m o. M a m m o n C e nt ro d i S u pe rv is io n e Inv i o da t i Q C F e e db ac k Ba n c a Dat i Controllo di Qualità: Conoscenza Relazioni tra Sintomi e Malfunzionamenti Controllo di Qualità: MALFUNZIONAMENTO Il dispositivo di Controllo Automatico dell Esposizione non funziona correttamente ed eroga dosi inferiori a quanto stabilito. SINTOMI Aumenta il rumore dell immagine Diminuisce il CNR di ogni dettaglio Diminuisce la visibilità dei dettagli a basso contrasto Limite di risoluzione e MTF non cambiano Meccanizzazione Esecuzione dei test Acquisizione dati Elaborazione e analisi delle misure Interpretazione dei risultati Reporting CAUSA EFFETTO Sistematizzazione

4 Controllo di Qualità: Criteri di scelta dei processi Un processo da automatizzare Fattibilità Processi ben delimitati Evitare la complessità Tecnologie consolidate Procedure certe Procedure frequenti Sistemi flessibili Compatibilità con i sistemi manuali Convenienza Obiettivo: Verificare nel tempo la performance di un sistema radiologico Per evidenziare differenze del sistema radiologico bisogna eliminare ogni altra variabilità: stesso paziente, stesse condizioni di esposizione Il paziente standard non può essere che un oggetto che simuli un paziente o contenga strutture e dettagli utili per evidenziare la qualità dell immagine e quindi la performance del sistema radiologico. Questo paziente standard è un fantoccio o un oggetto test. Un processo da automatizzare Strumento: Fantoccio Per evidenziare differenze della qualità di immagine, il fantoccio deve pertanto contenere dettagli idonei a valutare le principali caratteristiche di qualità di immagine. Fantoccio mammografico Leeds TORMAS Proprietà di un immagine Proprietà Significato Indici di Qualità (IQI) IQI Contrasto Visibilità dei dettagli su uno sfondo. CNR, Differenze di Livelli di Grigio Risoluzione Rumore Nitidezza. Visibilità di dettagli ad alto contrasto (microcalcificazioni). Oscillazioni del livello di grigio di un dettaglio uniforme. MTF, Limite di Risoluzione CNR, σ

5 Un processo da automatizzare Controllo di Qualità: Si espone il fantoccio in condizioni standard Diagnosi di performance del sistema mammografico Feedback all utilizzatore Confronto con Riferimento Trend Azione dell utilizzatore Analisi dell immagine IQI Riproducibilità a lungo termine della performance di un sistema mammografico. Estrazione dell informazione (indici di qualità) da una immagine di un fantoccio mammografico. Comunicazione dell informazione e interpretazione dei dati. Feedback all utilizzatore sullo stato del sistema mammografico. Con un fantoccio Riconoscimento automatico dell immagine indipendentemente da eventuali piccoli difetti costruttivi (e.g.: posizione e contrasto dei dettagli), ingrandimento, risoluzione spaziale, orientazione e rotazione del fantoccio. Localizzazione automatica dei dettagli all interno dell immagine. Misura automatica di indici di qualità sia locali che globali. Obiettivi Aumentare l efficacia della valutazione della qualità di immagine con l eliminazione delle variabilità intra e inter-osservatore e attraverso un aumento della sensibilità del metodo associato all uso di indici continui. Ridurre le risorse umane necessarie nel processo di valutazione delle immagini. Usare i risultati delle valutazioni automatiche come input del processo di interpretazione dei dati, a sua volta automatizzato mediante un sistema esperto che correla variazioni significative dal riferimento con i possibili malfunzionamenti del sistema mammografico.

6 Strumento Automatic Phantom Analysis = AutoPIA Validazione e potenzialità del metodo automatico Studio di riproducibilità a breve termine di un mammografo ( immagini acquisite nelle stesse condizioni: Mo-Mo; kv; mas) Variazione della qualità dell immagine in funzione della dose e della tensione. Immagini TORMAS acquisite con un GE Senographe D Qualità di immagine valutata con i dettagli circolari da,. e. mm Studio di riproducibilità a breve termine. TORMAS: dettagli Studio di riproducibilità a breve circolari. termine. TORMAS: dettagli circolari.. mm Confrontare il metodo automatico con le letture di un osservatore Per confrontare metodo automatico e osservatore è necessario contare il numero dei dettagli visibili. CNR. mm mm No dettaglio Sistema di riconoscimento: appropriate soglie sugli indici di qualità; applicazione di regole euristiche di conferma ed esclusione con l obiettivo di eliminare i fattori confondenti rappresentati dal rumore quantico, piccoli difetti strutturali, artefatti, disomogeneità causate dalla radiazione diffusa dagli altri dettagli presenti nel fantoccio.

7 Contare i dettagli visibili Contare i dettagli visibili Studio di riproducibilità a breve termine. TORMAS: dettagli circolari da. mm. (R-i: immagine i-esima dello studio di riproducibilità) Studio di riproducibilità a breve termine. TORMAS: dettagli circolari da mm. CNR Soglia Visibile Invisibile No dettaglio R- R- R- R- R- R- R- R- R- R- No dettagli visibili Immagine No. Conteggio manuale Conteggio PIAAA Contare i dettagli visibili Controindicazioni al conteggio dei dettagli Studio di riproducibilità a breve termine. TORMAS: dettagli circolari da. mm. Per un metodo automatico è conveniente contare il numero dei dettagli visibili? No dettagli visibili Conteggio manuale Conteggio PIAAA Riproducibilità e Sensibilità: emulando l osservatore umano (quale? difficile definire uno standard per l ottimizzazione) si otterrà al meglio la stessa performance. Sensibilità: si reintroducono variabili discrete. La soglia di contrasto non può essere determinata con precisione. Sono critici il numero e l intervallo di contrasto dei dettagli. Immagine No. Per dimostrarlo: uno studio della qualità di immagine con TORMAS in funzione della dose e della tensione.

8 Studio dose-qualità di immagine con TORMAS. Conteggio dei dettagli da mm. Count mm PIAAA mean observers mas Studio dose-qualità di immagine con TORMAS. Conteggio dei dettagli da. mm. Count.mm PIAAA mean observers mas Studio dose-qualità di immagine con TORMAS. CNR dei dettagli da mm. Ri: immagine i-esima dello studio di riproducibilità con mas Studio dose-qualità di immagine con TORMAS. CNR dei dettagli da. mm. Ri: immagine i-esima dello studio di riproducibilità con mas CNR R- ( mas) R- R- R- R- R- R- R- R- R- mas mas CNR R- ( mas) R- R- R- R- R- R- R- R- R- mas mas Contrasto nominale dei dettagli a un fascio Mo-Mo, kv (%) Contrasto nominale dei dettagli a un fascio Mo-Mo, kv (%)

9 Studio kvp-qualità di immagine con TORMAS. Conteggio dei dettagli da mm. Studio kvp-qualità di immagine con TORMAS. Conteggio dei dettagli da. mm. Count mm PIAAA Mo/Mo Humans Mo/Mo PIAAA Mo/Rh Humans Mo/Rh PIAAA Rh/Rh Humans Rh/Rh Count.mm PIAAA Mo/Mo Humans Mo/Mo PIAAA Mo/Rh Humans Mo/Rh PIAAA Rh/Rh Humans Rh/Rh kv p kv p Studio kvp-qualità di immagine con TORMAS. Contrasto dei dettagli da mm. Ri: immagine i-esima dello studio di riproducibilità con kv Mo-Mo. Studio kvp-qualità di immagine con TORMAS. Contrasto dei dettagli da. mm. Ri: immagine i-esima dello studio di riproducibilità con kv Mo-Mo. Contrasto Contrasto nominale dei dettagli a un fascio Mo-Mo, kv (%) R- ( kv) R- R- R- R- R- R- R- R- R- kv kv Contrasto R- ( kv) R- R- R- R- R- R- R- R- R- kv kv Contrasto nominale dei dettagli a un fascio Mo-Mo, kv (%)

10 Comunicazioni e interpretazione dei dati Processi Trasferimento dei risultati dei test più frequenti (e.g.: fantoccio) tra i centri radiologici operativi e un centro di supervisione. Interpretazione automatica delle eventuali variazioni dal baseline (sintomi) e correlazione con le possibili cause che le hanno provocate (malfunzionamenti). Informazione tempestiva dei centri radiologici per l adozione delle azioni di rimedio. X-Ray Centre Comunicazioni Internet X-Ray Centre QC Information Interchange Node (WEB Server) Internet Supervision Centre Supervision Centre Supervision Centre n X-Ray Centre m Comunicazioni e interpretazione dei dati : Invio dei dati M a m mo M a m mo. M a m mo n Strumento C e nt ro d i S u pe rv is io n e In vi o d at i Q C F ee db ac k Ba n c a D at i QUAlity Control Knowledge-based System = QUACKS

11 : Feedback Processo sotto controllo : Feedback Non ce n eravamo accorti.! Intensificare le misure Avvertire il Supervisore Non interrompere lo screening, ma prendi in considerazione il problema! Prova non conforme al protocollo