La rivoluzione digitale in radiologia storia ed applicazioni cliniche. Storia della radiologia. Storia della radiologia. Storia della Radiologia

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1 La rivoluzione digitale in radiologia storia ed applicazioni cliniche Storia della radiologia Röentgen scopre una nuova specie di raggi Pubblicata (Eine Neue Art von Strahlen) alla società Fisico-Medica di Würzburg il Dr. Massimo Favat Dr.ssa Miriam De Dea Storia della radiologia Storia della Radiologia 1895 le prime 3 radiografie anatomiche della storia Una delle prime immagini diagnostiche : 1895 Rx pediatrica T di esposizione 78 minuti Radiologia digitale La radiologia digitale nasce con l introduzione in campo radiologico del calcolatore elettronico avvenuta con lo sviluppo delle prime apparecchiature di tomografia computerizzata acquisizione di immagini nativamente digitali o conversione di immagini analogiche in digitali nel campo della radiologia convenzionale

2 Grandezze analogiche e grandezze discrete Analogica è una grandezza che può assumere un qualsiasi valore in un intervallo di valori infinitamente vicini tra loro. Discreta è una grandezza che può variare in un insieme di valori che differiscono gli uni dagli altri di una quantità finita. Digitale indica informazioni espresse in numeri (discrete) che possono essere trattate da un calcolatore Radiologia digitale TC-RM Fluoroscopia/grafia digitale con I.I. Radiografia computerizzata basata su fosfori fotostimolabili (CR) Radiografia digitale diretta (DR) Storia della Radiologia digitale Godfrey Newbold Hounsfield Il tomografo realizzato da Cormack (1963) Allan Mac Leod Cormack (Journal of Applied Physics) prime immagini di oggetti ottenute con il tomografo di Hounsfield Prototipo del 1968 Tempo di scansione 9 ore 1970 addome di maiale t scansione 4h 30

3 Prima immagine diagnostica in TC Espanso cistico encefalico (1971) Da: Proceedings of the British Institute of Radiology Tc body di seconda generazione installata a Verona 1976 presso l istituto di Radiologia dell università. Immagine prodotta dall apparecchiatura di Risonanza Magnetica installata nel 1983 presso la clinica S. Pio X di Milano Raymond Damadian con Minkhoff e Goldsmith e il primo apparecchio per tomografia a risonanza magnetica body del 1974

4 Dimensioni del pixel Applicazioni cliniche Applicazioni cliniche

5 Applicazioni cliniche Applicazioni cliniche Radiologia digitale TC-RM Fluoroscopia/grafia digitale Radiografia computerizzata basata su fosfori fotostimolabili (CR) Radiografia digitale diretta (DR) Proprieta dei raggi x Fluorescenza I raggi X hanno inoltre la proprietà di indurre la fluorescenza in alcune sostanze quali, ad esempio, il platinocianuro di bario e il solfuro di zinco. Ciò ha permesso di mettere a punto perfezionate tecniche di radioscopia, mediante le quali è possibile osservare direttamente la struttura di oggetti opachi. Angiografia analogica Attraversamento della materia e attenuazione L'assorbimento di raggi X da parte dei diversi elementi avviene in modo selettivo; in particolare, minore è il peso atomico e la densità di una sostanza, più trasparente essa risulta al passaggio di raggi X. Questa proprietà viene sfruttata nella radiologia medica. Le ossa, che hanno una composizione chimica di peso molecolare superiore, assorbono più o meno completamente la radiazione, lasciando impressa la loro immagine sulle lastre fotografiche.

6 FLUOROSCOPIA Fluoroscopia VISIONE TEMPORANEA ALL INTERNO DEL CORPO UMANO. ORIGINARIAMENTE SU SCHERMO FLUORESCENTE IN AMBIENTE BUIO DA CIRCA 40 ANNI SU MONITOR TELEVISIVO IN AMBIENTE NORMALMENTE ILLUMINATO SISTEMA RADIOLOGICO DIGITALIZZATO (DI) INTENSIFICATORE IMMAGINI COMPLESSO RADIOGENO COLLIMATORE GENERATORE ALTA TENSIONE SUPPORTO PAZIENTE INTENSIFICATORE DI BRILLANZA MONITOR TV CATENA TELEVISIVA TAVOLO DI COMANDO DSI Digital Imaging Angiografia digitale

7 Angiografia digitale Angiografia digitale Image Quality Zoom di ricostruzione Massima velocità sia in acquisizione che in ricostruzione Ottimale per strutture vascolari statiche 3D-RA Radiologia digitale TC-RM Fluoroscopia/grafia digitale Radiografia computerizzata basata su fosfori fotostimolabili (CR) Radiografia digitale diretta (DR) Film convenzionale Grandezze di tipo analogico, per essere trattate da un calcolatore devono essere trasformate in forma numerica o digitale Esposizione del film nella cassetta Sviluppo del Film Diagnosi Computed Radiography Speciali plate invece del film/cassetta plate nel lettore Digital Image Diagnosi

8 Sistemi radiografici digitali a memoria (CR) Sistemi radiografici digitali a memoria (CR) Apparentemente non c è cambiamento rispetto al modo di lavorare tradizionale ( esposizione>lettura>produzione immagine>stampa), senza aumento di produttività o necessità di sostituire le apparecchiature radiologiche, ma l immagine è diversa in formato e qualità! I parametri che concorrono a determinare la qualità dell immagine sono quelli legati alle modalità di esposizione, al pari della RC, cui si aggiungono quelli legati alla digitalizzazione ed all elaborazione del dato digitale. In radiologia convenzionale: immagine chiara immagine scura sottoesposizione sovraesposizione In radiologia digitale: In pratica è difficile un esposizione sbagliata ; inoltre con le modalità di postprocessing parti sovra o sottoesposte possono essere ricondotte ad un immagine ragionevole ma, a causa dell elaborazione, la correlazione fra livelli di grigio dell immagine e la dose in ciascun punto può non essere immediatamente compresa Si può perdere la percezione della dose impartita al paziente questo può creare problemi a livello di informazione diagnostica: gli algoritmi di elaborazione possono migliorare la rilevabilità di strutture patologiche, ma possono anche ridurla se i parametri di esposizione e di elaborazione non sono stati scelti correttamente; in pratica si possono ottenere immagini apparentemente leggibili anche partendo da un esposizione inadeguata all informazione diagnostica richiesta. ICRP TG 46: Dose Management in Digital Radiography -

9 questo può creare problemi a livello di radioprotezione: si può ottenere una bella immagine anche partendo da una esposizione sovradimensionata rispetto alla dose che sarebbe stata sufficiente. L insensibilità di questi sistemi alla sovraesposizione rischia di ingenerare pericolose abitudini in termini di radioprotezione. L esigenza è quella di standardizzare la relazione tra la dose al paziente e la qualità finale dell immagine e per questo sono indispensabili criteri per stabilire: la rilevabilità di specifici dettagli anatomici i parametri per una buona tecnica radiografica i valori di dose di riferimento Ottimizzazione Principio di ottimizzazione Dlg 187/2000 Le dosi di radiazioni ionizzanti dovute ad esposizioni mediche devono essere mantenute al livello più basso ragionevolmente ottenibile e compatibili con il raggiungimento dell informazione diagnostica richiesta Il sistema - ottimizzato - è particolarmente idoneo per : esami di Pronto Soccorso (disponibilità di tubo pensile e tavolo tradizionale) esami pediatrici (con ottimizzazione costante degli algoritmi di elaborazione) RX toraci a letto ( praticità e versatilità ) Tale indirizzo si intende applicato alle numerose fasi del processo radiodiagnostico ed esplicitamente riguarda sia la scelta delle metodiche, che la produzione di un informazione diagnostica adeguata. Elaborazione delle immagini digitali Le elaborazioni più comuni coincidono con lo zooming, la variazione di finestra e livello (window leveling), l inversione, l applicazione di filtri matematici, la segmentazione, la definizione del ROI ( Region Of Interest ), ecc Direct Radiography DR Il sistema di detezione ( rilevazione + conversione ) è inserito nell apparecchiatura e l immagine è immediatamente disponibile al termine dell esposizione. Su sofisticati algoritmi matematici si basano i sistemi di Computer Aided Diagnosis ( CAD ).

10 Radiologia digitale diretta Detettori digitali Esistono differenti tipi di detettori digitali con differenze sia nella metodologia di captazione che nel risultato finale in termini di qualità di immagine. Si possono suddividere in due classi: rivelatori flat panel a conversione diretta rivelatori flat panel a conversione indiretta Flat Panel a conversione diretta: o DirectRay (Hologic Kodak): Selenio Amorfo + semiconduttore in silicio amorfo TFT Flat Panel a conversione indiretta o Ge Medical System: Ioduro di Cesio + fotodiodo in silicio amorfo (a-si) + TFT o Trixell (Thomson-Siemens-Philips): Ioduro di Cesio dopato al tallio + fotodiodo a-si + Switching diode o Canon-Agfa: Gadolinium Oxysulfide dopato al terbio+ fotodiodo a-si + TFT Misura di dose su torace di fantoccio antropomorfo Parameter Speed Peak kilovoltage Milliamperage Milliampereseconds Surface dose (mgy) Dose reduction (%) Digital Csl (Tl) + a-si TFT = Film-Screen 200- speed (Thoramat) Confronto di qualità DR vs RC Image Quality of Digital Film-screen (Thoramat) P.A. L.L Media di 16 dettagli analizzati con punteggio: 1 insoddisfacente - 2 scarso 3 medio - 4 buono - 5 eccellente Fink et al. AJR:178, February 2002 Radiografia digitale diretta CARATTERISTICHE VANTAGGI BENEFICI Sistema di cattura digitale no scattering Qualità dell immagine superiore dell immagine Consolle operativa integrata Monitor a schermo piatto Accesso a RIS per Worklist Tecniche x-ray Preview dell immagine in 7 con controllo di qualità in tempo reale. Dati anagr.-esame già inseriti programmabili ed algoritmi di Tecniche automatizzate ed visualizzazione ottimizzati (+ eventuale correzione per postprocessing) ampia latitudine di sistema. Dicom 3; è collegata con Passaggio istantaneo delle sistemi di stampa Laser e con immagini acquisite WorkStation diagn./refertaz. (monitor 5 Mp) Riduzione degli spazi e maggior facilità di utilizzo Riduzione del tempo di esame Riduzione tempo di preparazione riduzione della dose (non ripetizione di esami) e riduzione tempo di indagine. Aumento della produttività per: -elimina manipolazione delle cassette e tempo di sviluppo. -nessun rischio di perdita di informazioni. -possibilità di elaborazione su WS -invio immagini a distanza. Dose paziente Qualita dell immagine DQE La dose paziente è in rapporto inversamente proporzionale con la DQE; molti studi, comparando dose e qualità dell immagine di RC e RD, hanno concluso che l informazione diagnostica della RD è superiore alla RC a dose equivalente o che per un equivalente qualità di immagine è richiesta una dose minore.

11 In RD una corretta elaborazione può contribuire a ridurre la dose In un sistema convenzionale schermopellicola, la pellicola svolge tre funzioni: * acquisizione dell immagine * visualizzazione * archiviazione In radiologia digitale tali funzioni sono svolte separatamente da varie parti del sistema; questo consente di ottimizzare separatamente ciascuno dei passaggi. Funzioni aggiuntive: * elaborazione * trasmissione Elaborazione delle immagini digitali Le immagini digitali possono essere elaborate successivamente alla loro acquisizione per aumentarne o evidenziarne selettivamente il contenuto diagnostico. Questo, assieme alla gestione informatizzata, è uno dei punti di forza dell imaging digitale. Rivoluzione digitale Progresso tecnologico Aumento domanda indagini diagnostiche Abbandono della RC Rivoluzione digitale Rivoluzione digitale Digitalizzazione Digitalizzazione della Radiologia CR DR Refertazione a monitor Archiviazione dati ed immagini

12 Rivoluzione digitale Refertazione a monitor Workstation diagnostica Archivio raid Archiviazione Archivio CD-DVD-R Archivio DLT Ris gateway Rivoluzione digitale RIS: Radiological Information System RIS / HIS PACS Picture Archiving Communication Sistem Gestione registrazione esame: - gestione anagrafica pazienti - immissione delle richieste - prenotazione e collegamento CUP-HIS Gestione operativa esame: - gestione della work-list - accettazione - esecuzione - refertazione Gestione storica esame: - archiviazione - distribuzione - statistiche - collegamento al controllo di gestione Gestione accessoria ma caratterizzante un reparto digitale : - integrazione HIS-RIS-PACS PACS Acquisizione immagini DICOM Acquisizione immagini digitali e da CR Distribuzione alle work-station in Radiologia Stampa su Film o Carta, o consegna di CD Distribuzione di immagini e referti dalla Radiologia, all Ospedale e ad altre strutture sanitarie esterne (TELERADIOLOGIA) Integrazione con i Sistemi Informativi (RIS-HIS) Gestione immagini 1. - riesaminate con adeguate post-elaborazioni in base a specifici quesiti clinici evitando o riducendo la ripetizione di esami radiografici con tecniche espositive diverse; 2. - recuperate dall archivio in linea per essere rese disponibili in caso di nuovo ricovero o indagini di controllo 3. - trasmesse mediante rete informatica in caso di trasferimento di pazienti superando problematiche medicolegali ed evitando eventuali ripetizioni di esami; TELERADIOLOGIA

13 Teleradiologia In linea generale un sistema di teleradiologia è composto da 4 sottosistemi con il compito di gestire: acquisizione delle immagini visualizzazione delle immagini da trasmettere o ricevute sistema di archiviazione delle immagini trasmissione delle immagini (via web, ISDN, etc) TELERADIOLOGIA -Teleconsulto radiologico: attività di consulenza a distanza tra medici comunicanti per via telefonica o su reti informatiche più o meno dedicate. di tipo interattivo: se 2 o più centri possono condividere in tempo reale le immagini ed operare contemporaneamente sulle stesse e comunicare in tempo reale di tipo asincrono (non interattivo): se non vi può essere interazione in tempo reale TELERADIOLOGIA utilità: - Telediagnosi : effettuare diagnosi radiologiche su immagini in formato diagnostico provenienti da altre sedi; assieme alle informazioni cliniche per poter elaborare un referto conclusivo ( collegamento a RIS e PACS per precedente documentazione) possibilità di vedere le condizioni cliniche del paziente (WEB-CAM). - Teledidattica (Formazione professionale continuativa) Conclusioni La gestione digitale delle immagini è un indubbio vantaggio nello svolgimento del lavoro quotidiano nel dipartimento radiologico. Ha comportato un radicale cambiamento delle abitudini lavorative con miglioramento della qualità e della produttività.