Distribuzione Tecnologie DR per mammografia in Az. USL Modena. Tecnologie DR Presenti in Azienda USL Modena. Senographe 2000D e DS

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1 1 WorkShop: TECNOLOGIE E PROCEDURE DI ASSICURAZIONE DI QUALITA IN MAMMOGRAFIA DR: Esperienze a confronto del Gruppo Fisici Screening Mammografia delle Regione Emilia-Romagna 19 Novembre 2010 AGEFOR Polo Didattico Az.USL Modena Tecnologie DR Presenti in Azienda USL Modena Relatore: Dr.ssa Paola Golinelli S.S.C. Fisica Sanitaria Distribuzione Tecnologie DR per mammografia in Az. USL Modena Introduzione Tecnologia DR in mammografia Anno 2003 Completamento Digitalizzazione mammografia Anno 2007 Attualmente la mammografia è digitalizzata con le seguenti Tecnologie DR: #2 Senographe 2000D - G.E. Medical Systems #3 Senographe DS - G.E. Medical Systems e Tecnologie CR: #1 Lettore KODAK-CR850 # Lettori FUJI-Profect CS Senographe 2000D e DS Senographe 2000D e DS Flat Panel GE: Rivelatore Digitale Indiretto Cortesy of G.E. Medical Systems Rif.: G.E. Medical Systems

2 2 STRUTTURA COLONNARE: LA LUCE PRODOTTA VIENE GUIDATA DAI CRISTALLI RIDUCENDONE LA DISPERSIONE Senographe 2000D e DS Scintillatore a Ioduro di Cesio + Array con diodi al Silicio amorfo Senographe 2000D e DS Flat Panel GE: La matrice contiene 1920x230 elementi (DEL) distribuiti su un area di circa 19x23 cm2, con dimensione nominale di 100 µm, digitalizzazione del segnale: 1bit (16k valori di segnale) La visualizzazione dell immagine avviene su monitor con matrice di 5 Megapixels (208x2560) a 8 bit (256 livelli di grigio) Rif:: G.E. Medical Systems Rif.: G.E. Medical Systems Senographe 2000D e DS Senographe 2000D e DS Pixel size: 100 µm DQE = SNR 2 (Rapporto Segnale-Rumore) in uscita al Rivelatore SNR 2 in entrata al Rivelatore RISOLUZIONE SPAZIALE La Risoluzione spaziale massima, a parità di dimensione della macchia focale e di fattore di ingrandimento, è determinata principalmente dalla dimensione della matrice del rivelatore, ovvero dalla dimensione del DEL: nel nostro caso 100 µm corrisponde a 5 lp/mm di risoluzione massima, ovvero al massimo è possibile distinguere due dettagli adiacenti di 0.2mm. La Risoluzione spaziale massima è inficiata dalla quantità di luce proveniente dallo scintillatore che diffonde lateralmente. 2000D: 11 mr 5 Schermo-Film: 11.8 mr

3 3 Senographe 2000D e DS Uncorrected Image (non visualizzabile su AWS ed RWS) Unprocessed Image (RAW) (visualizzabile su AWS ed RWS) Processed Image (PROCESSED) (visualizzabile su AWS ed RWS) AWS (Acquisition WorkStation) RWS (Review WorkStation) Rif.: RSNA 2003 Course: Advances in digital Radiography Uncorrected Image (non visualizzabile su AWS ed RWS) * Uncorrected Image Unprocessed Image Processed Image Rif.: Addendum on Digital Mammography EUR (vers ) Rif.: Addendum on Digital Mammography EUR (vers ) RSNA 2003 Course: Advances in digital Radiography

4 Correzioni applicate all immagine non-corretta per generare l immagine non processata (RAW) Correzioni applicata da parte del sistema DR prima di generare l immagine nonprocessata (RAW): Maschera di Flat-Field Ricostruzione (interpolazione) del valore del pixel di ciascun elemento detettore difettoso (bad pixel) riconosciuto dal sistema DR NELL'IMMAGINE NON CORRETTA SONO VISIBILI MOLTI PIXEL ANOMALI, RIGHE E COLONNE A CAUSA DELLE DIVERSE CARATTERISTICHE DI GUADAGNO DEGLI ARRAY DI DIODI POSTI SOTTO IL RIVELATORE; IL PRIMO STEP DI CORREZIONE APPLICATO DAL SISTEMA DR DURANTE LA FASE DI CALIBRAZIONE E' QUELLO DI SOSTITUIRE I BAD PIXEL O MALFUNZIONANTI CON VALORI OTTENUTI DAL VALORE MEDIO DEL SEGNALE DEI PIXEL ADIACENTI; IN FASE DI CALIBRAZIONE VENGONO POI CREATE VARIE IMMAGINI DI "BUIO (compensazione offset) E VARIE IMMAGINI COMPLETAMENTE UNIFORMI (compensazione gain) CHE SONO UTILIZZATE PER CREARE LA MASCHERA DI CORREZIONE "FLAT-FIELD". QUESTA IMMAGINE MASCHERA VIENE UTILIZZATA PER CORREGGERE OGNI IMMAGINE ACQUISITA IN MODO DA EQUALIZZARE IL SEGNALE IN MODO UNIFORME. Rif.: Addendum on Digital Mammography EUR (vers ) Con che frequenza è necessario eseguire la Calibrazione Flat-Field del Flat-panel? Unprocessed Image (RAW) (visualizzabile su AWS ed RWS) Dipende dal rivelatore e si seguono le indicazioni del costruttore. Nel nostro caso è necessario eseguire settimanalmente il test Flat-Field in modo da rilevare se ci sono deviazioni della maschera Flat-Field memorizzate durante l ultima calibrazione, ovvero: se sono aumentati in modo eccessivo il numero di bad pixel se si sono create righe o colonne di bad pixel se si sono create ROI o raggruppamenti di pixel (Cluster) se è variato il guadagno/offset dei diodi

5 GL 2600 GL UNPROCESSED (RAW) PROCESSED ACQUISIZIONE VISUALIZZAZIONE Rif.: G.Gennaro-IRCCS Padova Val.Medio Pixel Immagine GREZZA Corretta (RAW) Contrasto: Immagine RAW Gradini del cuneo Livello Background immagine= ! Val.Medio Pixel Contrasto: Immagine PROCESSED Dati sperimentali ottenuti su Cuneo a gradini (Fantoccio SIB-PTW) Immagine PROCESSATA Gradini del cuneo Livello Background immagine= 0.00! I calcoli principali applicati per generare l immagine PROCESSATA sono: Rilevamento collimatore: Applica una maschera nera attorno alla zona di immagine utile, coprendo le zone che sarebbero bianche, per consentire una visione più agevole. Trasformazione semi-log: l immagine viene trasformata da lineare a logaritmica, in questo modo si agevola la manipolazione del contrasto e della luminosità, il campo dinamico viene ridotto da 16bit a 12bit, senza perdita di informazioni cliniche. Equalizzazione dello spessore: all immagine viene applicato un algoritmo di equalizzazione dello spessore, che individua il livello di grigio corrispondente ai tessuti sotto-cutanei e modifica i livelli di grigio superiori a questo, in modo da rendere visibili tutti i particolari della mammella. Contrasto Automatico: viene applicato un algoritmo che individua tramite un istrogramma dei livelli di grigio, il valore migliore del livello di luminosità (Window Level= Livello della Finestra ) e di Contrasto (WW= Ampiezza della Finestra ) Generazione LUT di visualizzazione: per ogni immagine acquisita viene generata una LUT (Look Up Table) di visualizzazione specifica, che viene associata all immagine DICOM. Immagine GREZZA NON Corretta Applicazione MASCHERA di FLAT-FIELD e correzioni badpixel Senographe 2000D Immagine GREZZA Corretta (RAW) Applicazione di ALGORITMI di IMAGE PROCESSING Immagine PROCESSATA

6 6 Senographe DS Immagine GREZZA NON Corretta Immagine GREZZA Corretta (RAW) Immagine PROCESSATA Applicazione di MASCHERA di FLAT-FIELD + Algoritmo FINE- VIEW (e PREMIUM VIEW) Applicazione di ALGORITMI di VISUALIZZAZIONE VALUTAZIONE MTF DEL SISTEMA SENOGRAPHE DS con e senza Fine View L applicazione di Fine-View comporta un miglioramento nella definizione delle strutture di piccole dimensioni e dei contorni; ciò implica che a parità di esposizione, un immagine di un oggetto standard di plexiglass uniforme trattata con Fine-View presenta lo stesso livello di segnale di quella non trattata con Fine-View ma un livello di rumore superiore. FINE-VIEW Disabilitato FINE-VIEW Disabilitato Rif:SPIE 2007

7 7 Equalizzazione del Tessuto PREMIUM VIEW Rif.: G.E. Medical Systems Rif.: G.E. Medical Systems Funzionamento del sistema di esposizione automatica AOP (STD - CNT- DOSE) Rif.: G.E. Medical Systems Rif: G.Gennaro, C. di Maggio, et al.-aifm 2003

8 8 Funzionamento del sistema di esposizione automatica AOP (STD - CNT- DOSE) La selezione dei parametri espositivi avviene nel seguente modo: 1. Lo spessore del seno misurato meccanicamente tramite il dispositivo di compressione determina l impostazione dell anodo (A) e del filtro (F); 2. Un area del rivelatore di 1x15 cm2 centrata rispetto all asse maggiore vicino alla parete toracica viene utilizzata durante una pre-esposizione di 15 ms per la scelta dell alta tensione di lavoro (kv); 3. Durante questa pre-esposizione il sistema AOP sceglie anche una sotto-regione di 1x1 cm2 che usa come sensore attivo per la durata dell esposizione che determina il carico (mas) durante l esposizione vera e propria.. Nella fase di acquisizione l esposizione viene interrotta quando la suddetta sottoregione, corrispondente al segnale più basso registrato (cioè alla zona a maggior contenuto ghiandolare), registra un segnale sufficiente per garantire il superamento di una soglia di rapporto segnale-rumore (SNR) predefinito. Motivazione della scelta della modalità AOP-STD nell esposizione clinica: la Bibliografia indica essere il migliore compromesso tra qualità immagine e dose in ingresso (ESAK) Rif: G.Gennaro, C. di Maggio, et al.-aifm 2003 Motivazione della scelta della modalità AOP-STD nell esposizione clinica: Verifica su installazione Osp. Sassuolo e Screening MO con ACR RMI156 AOP Sistema Anodo/Filtro kv mas ESAK(mGy) Parametri di esposizione selezionati per ACR RMI 156 MO Mo/Rh STD S Mo/Rh MO Mo/Mo CNT S Mo/Mo MO Mo/Rh DOSE S Mo/Rh DOSE SCR*) MO Mo/Rh Motivazione della scelta della modalità AOP-STD nell esposizione clinica: Verifica su installazione Osp. Sassuolo e Screening MO con ACR RMI 156 Lettura immagine non processata fantoccio ACR RMI 156 su AWS acquisito AOP Sistema Masse Microcalcificazioni Fibre MO.5 STD S con le 3 modalità AOP: MO.5 CNT S 3.5 MO.5 DOSE S 3 DOSE SCR*) MO 3 Soglia minima ACR 3 3 Dati sperimentali ottenuti su ACR RMI156 *)SCR: Sistema Screen-Film KODAK MInR-2000 Dati sperimentali ottenuti su ACR RMI156 *)SCR: Sistema Screen-Film KODAK MInR-2000

9 9 Tabella Taratura AOP-Senographe 2000D Spessore plexiglas Anodo/Filtro Range mas kv SNR 25mm Mo/Mo >50 0mm Mo/Rh >50 60mm Rh/Rh >50 Tabella Taratura AOP-Senographe DS Spessore plexiglas Anodo/Filtro Range mas kv SNR 25mm Mo/Mo >50 50mm Rh/Rh >50 60mm Rh/Rh >50 Rif.: G.E. Medical Systems EFFICIENZA DI DOSE: Dose Ghiandolare Media su PMMA Registrare set-up del sistema AEC in uso clinico (Anodo/Filtro; kv, mas) esponendo in automatico spessori di PMMA da 20 a 70mm, con step da 10mm e aggiungendo 5mm; Misurare l ESAK(mGy) con gli stessi parametri al di sotto del compressore. PMMA [20-70] mm X-ray source EFFICIENZA DI DOSE: Dose Ghiandolare Media per PMMA La Dose Ghiandolare Media (ADG) (mgy) si calcola con la seguente formula: ADG = K * g * c * s Dove K è la dose incidente sulla superficie della mammella (ESAK) (mgy) (senza backscattering) g è un fattore di conversione tra la dose incidente e la dose ghiandolare media supponendo una ghiandolarità del 50% e uno spettro a raggi X standard (Mo/Mo) c è un fattore di conversione che corregge per differenti composizioni della mammella s è un fattore di correzione per vari spettri a raggi X differenti da quello standard (Mo/Mo) I Limiti sono derivati dalle dosi nei sistemi schermo-pellicola Cortesy of G. Gennaro, INFN Padova

10 10 PMMA g-fact mm 30 mm 0 mm 5 mm 50 mm 60 mm 70 mm EFFICIENZA DI DOSE: Dose Ghiandolare Media per PMMA Coefficienti g HVL (mmal) NOTA OPERATIVA per la valutazione di g e c: occorre una misura dell HVL (mm Al) clinico del mammografo. PMMA c-fact Coefficienti c HVL (mm Al) Coefficienti s 20 mm 30 mm 0 mm 5 mm 50 mm 60 mm 70 mm 80 mm EFFICIENZA DI DOSE: L EUREF impone questi limiti per la Dose Ghiandolare Media. Variazione dei limiti di dose dall Addendum alla IV Edizione: Dosimetry Thickness of PMMA (cm) Thickness of equivalent breast (cm) Maximum average glandular dose to equivalent breasts (mgy) Acceptable level Addendum th Edition < 0.8 < < 1.3 < < 2.0 < < 2.5 < < 3.3 < < 5.0 < < 7.3 < 6.5 EFFICIENZA DI DOSE su PMMA: Seno 2000D vs Seno DS CAO-R029 2BGO-R029 1MIO-R029 2MOD-R008 3SAR-R005 ADG-DR Senographe 2000D Senographe DS EFFICIENZA DI DOSE: Dose Ghiandolare Media su Paziente* La Dose Ghiandolare Media (ADG) (mgy) si calcola con la seguente formula: ADG = K * g * c * s Dove K è la dose incidente sulla superficie della mammella (ESAK) (mgy) (senza backscattering) mgy 3.00 Euref_IV_accettabili adg_medio sup10% g è un fattore di conversione tra la dose incidente e la dose ghiandolare media supponendo una ghiandolarità del 50% e uno spettro a raggi X standard (Mo/Mo) 2.00 inf10% c è un fattore di conversione che corregge per differenti composizioni della mammella (% Ghiandola stimata al variare dello spessore) in funzione di due fasce di età (sono stati calcolati per l intervallo 50-6 anni e 0-9 anni) 1.00 s è un fattore di correzione per vari spettri a raggi X differenti da quello standard (Mo/Mo) pmma (mm) *Dance et al.- Phys.Med.Biol. 5 (2000):

11 11 % % Ghiandola (stima al variare dello spessore del seno)* Breast -Thickness (mm) *Dance et al.- Phys.Med.Biol. 5 (2000): Algoritmo G.E. Medical Systems per calcolo DGM (TAG DICOM: Organ Dose ) % Ghiandolarità nell immagine contenuta nel TAG DICOM : Comments on Radiation Dose Es:Ghiandolarit à stimate da algoritmo G.E. per 313 proiezioni CC+MLO eseguite su Senographe DS nella fascia di età 50-6 anni, confrontate con la Ghiandolarità Standard stimata da Dance. Fig.1 Fig.2

12 12 Fig.1: Le differenze percentuale tra la stima della ADGcostruttore e l ADG- standard in ciascuna immagine possono oscillare tra un -25% e +25% su tutto l intervallo di spessori (20mm-90mm) Dosimetria della Paziente: esempio su Senographe DS DGM (CC e MLO) (G.E. Senographe DS - Età anni) Limiti_accettabili_EUREFIVEdiz. Limiti_desiderabili_EUREFIVEdiz. DGM paziente DGM su plexiglass Fig.2: La differenza percentuale tra la stima di ADG-costruttore e quella calcolata utilizzando la ghiandolarità di ciascuna immagine, ADG-Dicom è più ridotta, oscilla tra un -10% e +15%; per l intervallo di spessori 5mm-55mm, di interesse per la valutazione del Livello di Riferimento di Dose in mammografia (LDR-D.Lgs 187/00) la differenza % la differenza rientra in un intervallo minimo compreso tra un +5% e +10% mgy Spessore Seno Compresso (mm) Dosimetria della Paziente su Senographe 2000D e DS Mammografo DS_1 DS_2 DS_3 2000D_1 # Proiezioni CC <spessore > mm <ADG> (mgy) ADG 75 perc (mgy) Rapporto Contrasto-Rumore (CNR) X-ray source 0.2 mm Al PMMA [20-70] mm ROI PMMA: MPV PMMA, sd PMMA MPVAl MPVPMMA CNR = / ( σ Al + σ PMMA ) ROI Al: MPV Al, sd Al chest wall 6 cm 2000D_ Rif.: G.Gennaro-IRCCS Padova

13 CNR-DR Senographe 2000D Senographe DS CNR/(ADG)^1/2 Senographe 2000D Senographe DS CNR CAO-R029 2BGO-R029 1MIO-R029 2MOD-R008 3SAR-R005 cnr_medio sup10% inf10% pmma(mm) CAO-R029 2BGO-R029 1MIO-R029 2MOD-R008 3SAR-R pmma(mm) SOGLIA DI CONTRASTO: Capacità del rivelatore di risolvere oggetti di dimensione variabile e spessore variabile con densità elettronica vicina a quella circostante. La soglia di contrasto per ogni serie è il più piccolo oggetto con il minor contrasto visibile. Dipende fortemente dalla DQE del rivelatore, ma anche dal sistema di visualizzazione utilizzato. Si misura utilizzando il fantoccio CD-MAM Thickness (um) Senographe 2000D Senographe DS Tc-human 1CAO-R029 2BGO-R029 1MIO-R029 2MOD-R008 3SAR-R005 Rif-euref Rif.: European Guidelines IV Edition (2006) diameter (mm) Valutazione di TC-Human con Software CDMAM Analyser + fattori di conversione EUREF Typetesting

14 1 QAP : Quality Assurance Program QAP su AWS implementato sulla WS di acquisizione del mammografo (AWS) IN dotazione al mammografo Senographe 2000D: #1 Fantoccio 20x30 cm^2 di plexiglass, spessore 25mm per TEST Flat-Field # 1 Fantoccio ACR RMI 156 per TEST Qualità Imagine # 1set di vari spessori (da 20mm a 60mm) circa 15x20 cm^2 per TEST AOP #1 mira 5lp/mm per TEST Risoluzione Software di analisi immagini quantitativo e qualitativo IN dotazione al mammografo Senographe DS: # 1set di fantocci in dotazione al Senographe 2000D #1 Fantoccio IQST per CQ Riveatore Software di analisi immagini quantitativo e qualitativo Test FLAT- FIELD o CAMPO PIANO (selezionabile da QAP) L IMMAGINE di Flat-Field viene analizzata misurando il VALOR MEDIO DEL SEGNALE, IL RUMORE (DEV.STD) e il NUMERO DI NUOVI BAD-PIXEL all interno di una ROI quadrata di 2x2cm che viene riposizionata su tutta l immagine con una sovrapposizione di 1cm. Procedura: QAP su AWS Vengono acquisite in modalità manuale due immagini ad alta dose (Mo/Mo 26kV 200mAs) di un fantoccio uniforme di plexiglas dello spessore di 25mm, senza compressore e griglia inseriti e il SW esegue in automtico l analisi Rif.: G.E. Medical Systems QAP su AWS Test FLAT- FIELD o CAMPO PIANO (selezionabile da QAP) IL SOFTWARE I SEGUENTI CHECK: Brightness Uniformity: misura la massima deviazione dei segnali misurati in ciascuna ROI valore limite 10: rileva se ci sono strutture difettose grandi (o con bassa frequenza spaziale) High Frequency Modulation: misura il minimo rapporto segnale/rumore di tutte le ROI valore limite 0.8: rileva se ci sono strutture difettose piccole (o con alta frequenza spaziale) New Bad Pixels: misura e conta tutti i nuovi bad pixel nell intera immagine valore limite 100 (rileva se ci sono nuovi bad pixel apparsi dopo l ultima calibrazione valutando se ci sono segnali significativamente diversi da quelli dei vicini CQ RIVELATORE QAP su AWS Fantoccio IQST New Bad Roi: misura se ci sono cluster di bad pixel valore limite 0 Signal to Noise Ratio Non Uniformity: misura la massima deviazione del rapporto segnale rumore su tutte le ROI valore limite 0 In dotazione dal modello Senographe DS Esposizione a contatto con il riveatore senza griglia e compressore SW per analisi immagine in QAP (possibilità esportazione dati) Rif.: G.E. Medical Systems

15 15 Si seleziona da QAP sull AWS: Fantoccio IQST: TEST per Controllo Qualità Rivelatore Obiettivo del test: verificare la costanza del rivelatore e dei sottosistemi di visualizzazione, indipendentemente dal funzionamento del sistema di controllo automatico dell esposizione AOP. Esecuzione test: Esposizione manuale del fantoccio IQST con i parametri: 30kV-56 mas- Rh/Rh QAP su AWS DQE TEST CNR Griglia per TEST Uniformità Verifica dimensione zona mancante Lato Torace TEST MTF TEST CONTRASTO QAP su AWS Test SETTIMANALI Test Flat Field o Campo Piano (selezionabile da QAP per 2000D e DS) Test di Qualità Immagine visivo su AWS (ACR)(selezionabile da QAP per 2000D e DS) Test di Qualità Immagine visivo su RWS (ACR) Test MTF con mira 5lp/mm Test CNR EUREF (Riproducibilità AOP con esposizione automatica PMMA 50mm+dettaglio 0.2mmAl) Test MENSILI Verifica modo AOP (selezionabile da QAP per DS) Verifica calibrazione Monitor (SMPTE) Formazione e supporto degli operatori per l esecuzione dei Controlli di Qualità ad alta frequenza a cura di Per. Ind. Gemma Ghelfi S.S.C. Fisica Sanitaria REGISTRAZIONE CQ Sito-Web Intranet - Azienda USL REGISTRAZIONE CQ Sito-Web Intranet - Azienda USL Esempio grafico HFM (High Frequency Modultion) Esempio grafico Bad Pixel

16 16 Interazione con il PACS Fuji Synapse Soluzione Mammo Synapse per immagini MG Interazione con il PACS Fuji Synapse Soluzione Mammo Synapse per immagini MG Reading protocol dedicati (riferiti al nome immagine vista e lateralità) e non al nome della serie. Utilizzo di più TAG Dicom: lateralità, vista e posizione MQSA compliant - Atto Standard di Qualità della Mammografia (Mammography Quality Standards Act), disposizione degli overlay Q 2 Q 1 Q 1 Q 2 Attivazione del CFOR (Common Frame Of Reference) per l utilizzo di funzioni di zoom, pan, W/L in modo controlaterale se supportato l invio dei corrispondenti Tag Dicom da modalità Attivazione del QuadrantView (Shortcut Q) per lo zoom Q 3 Q Q Q 3 Rif.: Fuji Medical Systems Rif.: Fuji Medical Systems Interazione con il PACS Fuji Synapse Soluzione Mammo Synapse per immagini MG Interazione con il PACS Fuji Synapse Soluzione Mammo Synapse per immagini MG Visualizzazione risultati CAD Nuovo tasto nel menù a tendina CAD Findings Semplicità di attivazione/ disattivazione risultati CAD (.) da NUMPAD Overlay dedicato per indicare lo stato dei finding Microcalcificazioni Densità Tooltip Rif.: Fuji Medical Systems Rif.: Fuji Medical Systems