Qualità delle Immagini

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1 Qualità delle Immagini Master: Verifiche di Qualità in Radiodiagnostica, Medicina Nucleare e Radioterapia Lezioni n. 7-8 Dr. Rocco Romano (Dottore di Ricerca) Facoltà di Farmacia, Università degli Studi di Salerno Via Ponte Don Melillo, Fisciano rocco.romano@na.infn.it, rromano@unisa.it

2 Qualità Radiografica Qualità Radiografica: : fedeltà con cui una struttura anatomica è riprodotta I principali fattori sono: La risoluzione spaziale La risoluzione di contrasto Il rumore Assenza di artefatti

3 Risoluzione Spaziale La Risoluzione Spaziale è la capacità di separare due oggetti rendendoli visivamente distinguibili In particolare la capacità di visualizzare piccoli oggetti con alto contrasto: interfaccia tessuto ossa; microcalcificazioni toraciche; piccole calcificazioni nodulari nei polmoni. Geometricamente è data dalla frequenza spaziale che si riesce a visualizzare

4 Risoluzione Spaziale Analiticamente mediante la MTF (Modulation( Transfer Function) La MTF è ottenuta misurando la variazione di densità ottica alle diverse frequenze spaziali MTF( ν ) = C( ν )/ C(0) C( ν ) = ( DO ( ν ) DO ( ν )) max max min ( DO ( ν ) + DO ( ν )) min Dove C è il contrasto definito come:

5 MTF 1/3 Una barra ed un interspazio di uguale grandezza costituiscono una coppia di linee Il numero di coppie di linee per unità di lunghezza è detta frquenza spaziale Una frequenza spaziale bassa rappresenta oggetti grandi Una frequenza spaziale alta rappresenta oggetti piccoli

6 MTF 2/3

7 MTF 3/3 La risoluzione limite corrisponde ad un valore della MTF pari a 0.1 La risoluzione spaziale intesa come la dimensione del più piccolo oggetto che può essere risolto è espressa dalla relazione: 1 1 RS( cm) = ( ) 2 RS( lp / cm)

8 The Edge Response Function Il profilo di un Edge (cioè di un bordo: ERF) può essere trasformato in una MTF Dal punto di vista matematico la MTF è la trasformata di Fourier di un impulso La derivata del profilo di un bordo è un impulso La trasformata di Fourier della derivata del profilo è la MTF

9 Risoluzione di Contrasto Capacità di distinguere strutture anatomiche di contrasto simile come ad es. fegato e milza, materia grigia e materia bianca La CT e la RM hanno buona ed ottima risoluzione di contrasto La MTF può essere utile a confrontare la risoluzione di contrasto: una MTF con alti valori a basse frequenze ha una buona risoluzione di contrasto

10 Noise 1/2 Il noise (rumore) radiografico è la fluttuazione casuale della densità ottica (DO) In immagini a basso rumore è migliore la risoluzione di contrasto Il noise radiografico ha 4 componenti: Granulosità della pellicola Maculatura strutturale Maculatura quantica Scatter radiation

11 Noise 2/2 La granulosità della pellicola si riferisce alla distribuzione dei grani dell alogenuro d argento La maculatura di struttura si riferisce alla distribuzione del fosforo nello schermo intensificatore La maculatura quantica si riferisce alla casualità con cui i raggi X interagiscono con il recettore di immagini Alti mas, bassi kvp,, recettori lenti riducono la maculatura quantica

12 Speed La risoluzione ed il noise sono connesse con lo speed: : I recettori veloci hanno alto rumore e bassa risoluzione spaziale e di contrasto Alta risoluzione spaziale e di contrasto richiedono basso rumore e recettori lenti Basso rumore è caratteristico di recettori lenti con alta risoluzione

13 Qualità Radiografica Pellicola Curva caratteristica Densità Contrasto Speed Latitudine Processing Time Temperature Fattori Geometrici Distorsione Ingrandimento Blur Soggetto Contrasto Spessore Densità Numero anatomico Movimento

14 Sensitometria Lo studio della relazione tra intensità di esposizione di una pellicola e densità ottica è chiamata sensitometria Ins. Fig La relazione tra esposizione e densità ottica è detta curva caratteristica (Hurter( & Driffield)

15 Sensitometro e Densitometro Un sensitometro è uno strumento con cui una lastra può essere esposta ad uan serie graduata di esposizione luminosa di qualità spettrale, intensità e durata controllate. A seconda che l esposizione vari in intensità o in durata, lo strumento può essere definito a scala di intensità o a scala temporale. Un penetrometro,, un cuneo a gradini, può fare da sensitometro Un densitometro è uno strumento che misura la densità ottica

16 Costruzione della Curva Caratteristica La pellicola viene esposta mediante il sensitometro Il sensitometro è fatto in modo che l intensità relativa dell esposizione per ogni step è nota La pellicola è quindi passata al densitometro,, costituito da una sorgente di luce focalizzata attraverso un piccolo foro, ed un sensore di luce posizionato sul lato opposto Ciò che è di interesse è il cambiamento in DO, espresso mediante l esposizione relativa logaritmica La scala è in 0.3 perché il log2 = 0.3, cioè raddoppiando l esposizione la scala LRE avanza di 0.3

17 Densità Ottica 1/2 La densità ottica è data da: La densità ottica di pellicole non esposte è dovuta alla densità della base e alla densità fog Alta densità di fog riduce il contrasto della lastra radiografica DO = log 10 I I 0 t

18 Densità Ottica 2/2 L intervallo utile di densità ottica va da 0.25 a 2.5 La base più il fog hanno un valore che va da 0.1 a 0.3 Per la densità ottica vale la legge della reciprocità: la DO è proporzionale al prodotto mas, e non dal solo tempo di esposizione Tuttavia, la legge di reciprocità fallisce nel caso di utilizzo degli intensificatori per bassi tempi (< 10 ms) e per alti tempi (> 5 s) di esposizione

19 Contrasto 1/4 Le differenze in DO costituiscono il contrasto radiografico Il contrasto radiografico dipende da due fattori: Il contrasto del recettore di immagini Il contrasto del soggetto Il contrasto del recettore è inerente al tipo di pellicola ed all intensificatore

20 Contrasto 2/4 Il contrasto inerente alla pellicola è rappresentato dalla pendenza della porzione lineare della curva caratteristica Maggiore è la pendenza della parte lineare, maggiore è il contrasto della pellicola

21 Contrasto 3/4 Una misura del contrasto è il gradiente medio definito come:. = DO DO 2 1 Gr M LRE 2 LRE 1 Dove OD2 è la densità ottica di 2.0 più la base ed il fog,, OD1 la densità ottica di 0.25 più la base ed il fog,, ed LRE sono le esposizioni logaritmiche corrispondenti Molti recettori di immagine hanno un gradiente medio compreso fra 2.5 e 3.5

22 Contrasto 4/4 Il contrasto del recttore può anche essere individuato dal gradiente della funzione caratteristica E si può anche usare la curva di contrasto H&H che sta per Art Haus e Ed Hendrick che l hanno proposta

23 Speed L abilità del recettore di immagini a rispondere ad una bassa intensità La definizione della speed è: Speed = 1/L esposizione necessaria a produrre una DO di base + fog Quando si sostituisce un recettore di diversa speed,, i mas devono essere cambiati per mantenere la stessa DO, e devono cambiare in maniera inversamente proporzionale alla speed

24 Latitutidine La latitudine è il range di esposizione in cui il recettore di immagini risponde con DO nel range diagnostico Maggiore è la latitudine, minore è il contrasto