UNIVERSITA POLITECNICA DELLE MARCHE Facoltà di Medicina e Chirurgia Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e Radioterapia

Transcript

1 UNIVERSITA POLITECNICA DELLE MARCHE Facoltà di Medicina e Chirurgia Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e Radioterapia LA QUALITA DELL IMMAGINE IN RADIOGIAGNOSTICA. Fattori della pellicola A.A Corso Monografico (MED/50) G. Mazzoni LA QUALITA DELL IMMAGINE RADIOGRAFICA Per qualità dell immagine radiografica si intende la fedeltà con cui una struttura anatomica viene riprodotta in una radiografia La qualità dell immagine dipende da vari fattori: fattori della pellicola fattori del soggetto fattori geometrici 1

2 LA QUALITA DELL IMMAGINE RADIOGRAFICA FATTORI DELLA PELLICOLA QUALITA RADIOGRAFICA FATTORI DEL SOGGETTO FATTORI GEOMETRICI Curva caratteristica: Contrasto: Risoluzione spaziale: Densità Spessore del tessuto Penombra Contrasto Tipo di tessuto e n.ro atomico Ingrandimento Velocità Densità tissutale Distorsione Latitudine Trattamento: Tempo Temperatura KVp e energia del fascio X Mezzi di contrasto Radiazione diffusa Sfumatura da movimento Schema dei più importanti fattori dai quali dipende la qualità radiografica FATTORI DELLA PELLICOLA Una pellicola, non esposta ai raggi X e sviluppata, appare traslucida (trasmette facilmente la luce) Una pellicola, esposta a raggi X durante un esame radiografico e sviluppata, appare opacizzata e mostra varie gradazioni di grigio Una pellicola, se fortemente esposta ai raggi X e sviluppata, appare completamente annerita Lo studio della relazione tra intensità di esposizione ed annerimento prodotto dal trattamento della pellicola prende il nome di densitometria 2

3 La densità ottica o densità dell immagine è l indice che definisce il grado di annerimento di una pellicola La densità (DO) è il logaritmo del rapporto tra l intensità della luce che incide sulla pellicola e l intensità della luce trasmessa attraverso la stessa, secondo la seguente relazione: DO = log ( I i / I t ) I i = intensità della luce incidente I t = intensità della luce trasmessa La densità ottica è data dal logaritmo del rapporto tra le intensità di luce incidente e trasmessa Le pellicole che sono in grado di trasmettere il 10% e l 1% della luce indicente hanno rispettivamente densità ottica pari a 1 e 2 Fig. 9-1 pag

4 La relazione esistente fra esposizione e densità prende il nome di curva caratteristica (o curva di H&D dai nomi di Hurter e Driffield che la descrissero) A basse ed alte dosi di esposizione, variazioni di esposizione anche elevate danno luogo a piccole variazioni di densità: tali zone vengono chiamate rispettivamente piede e spalla A livelli intermedi (parte lineare), invece, piccole variazioni di esposizione danno luogo a notevoli variazioni di densità. Tale porzione della curva costituisce la zona di corretta esposizione Curva caratteristica di una pellicola radiografica, che rappresenta la relazione tra densità ed esposizione Nella curva vengono indicate le principali porzioni in cui la stessa viene normalmente suddivisa Fig pag. 224 Bushong 4

5 Una pellicola radiografica è sensibile ad una vasta gamma di esposizioni. Per tale motivo i valori di esposizione di una curva caratteristica sono rappresentati in scala logaritmica Tuttavia, nell analisi di una curva caratteristica non interessano tanto le esposizioni assolute quanto le variazioni di densità per ciascun intervallo di esposizione. Per tale motivo sull asse delle ascisse (x) si preferisce riportare il logaritmo dell esposizione relativa Generalmente il logaritmo dell esposizione relativa viene presentato con un incremento di 0,3 in quanto 0,3 è il logaritmo di 2 (un raddoppio dell esposizione assoluta può essere ottenuto raddoppiando i mas, a parità di tutte le altre condizioni e fattori che la condizionano) Relazione tra esposizione e log esposizione relativa per una tipica combinazione schermo-pellicola Una variazione di 0,3 nel log dell esposizione relativa corrisponde ad un raddoppio dell esposizione Fig pag. 225 Bushong 5

6 Le pellicole mostrano densità variabili da 0 a 4, che corrispondono rispettivamente al non annerimento e ad un annerimento notevole. Infatti, DO=4 significa che solo 1 fotone luminoso su è in grado di essere trasmesso attraverso quella zona della pellicola La maggior parte delle pellicole non esposte e sviluppate hanno una densità compresa fra 0,1 e 0,2. Tali densità rappresentano il fondo ed il velo La densità di fondo è dovuta al materiale di cui è costituita la pellicola ed ai coloranti utilizzati per rendere più piacevole alla vista la pellicola stessa: il suo valore è intorno a 0,05 La densità di velo è dovuto allo sviluppo dei grani di argento che costituiscono l emulsione della pellicola non recanti alcuna informazione utile: essa è generalmente compresa fra 0,05 e 0,15 6

7 I principali fattori tecnici che influenzano la densità ottica di un immagine radiografica sono: i milliamperesecondo (mas) la distanza tra il fuoco del tubo e il recettore dell immagine (DFP o SID) il kilovoltaggio (kvp) mas si intende il prodotto dei milliampere (ma) per il tempo di esposizione (sec): ma x sec = mas i ma sono un indice della quantità di raggi X prodotti: aumentando i valori di ma, aumenta il numero di fotoni X prodotti per tempo di esposizione (sec) si intende la durata dell esposizione: aumentando il tempo di esposizione (a parità di ma impiegati) vengono prodotti più fotoni X 7

8 mas Alti valori di ma o di tempo di esposizione determinano la produzione di immagini a maggiore densità ottica Per ottenere una giusta densità ottica, le porzioni più spesse o con strutture ad elevato numero atomico devono essere studiate con valori di ma maggiori Il mas è il principale fattore tecnico utilizzato per controllare la densità dell immagine mas Nella pratica lavorativa vengono utilizzate tecniche di esposizione variabili: vengono preferiti bassi milliamperaggi ed alti tempi di esposizione per lo studio di strutture ed organi fermi (es. ossa), al fine di migliorare la definizione dell immagine (fuoco fine) vengono preferiti alti milliamperaggi e bassi tempi di esposizione per lo studio di strutture e distretti anatomici (addome e torace), al fine di minimizzare gli artefatti (flou cinetico) dovuti al movimento involontario di specifici organi (cuore ed intestino) La tavola tempo-ma (mas) permette di determinare in maniera agevole quale tempo di esposizione (sec) e milliamperaggio (ma) possono essere utilizzati per una determinata esposizione (mas) 8

9 LA QUALITA DELL IMMAGINE RADIOGRAFICA FATTORI DELLA PELLICOLA: DENSITA Tavola tempo ma (mas) Tavola a pag. 13 Bontrager s Legge di reciprocità: è possibile impostare varie combinazioni di ma e tempi di esposizione ottenendo un analogo valore di mas e quindi di densità ottica Valori più alti di ma con ridotti tempi di esposizioni determinano densità ottica del radiogramma identica a quella ottenuta ma inferiori e tempi di esposizione maggiori 9

10 mas Nella pratica lavorativa vengono tenute in considerazione alcune regole empiriche che consentono di determinare, con una certa approssimazione, i valori di esposizione più idonei per ottenere immagini di densità ottimale: è necessaria almeno una variazione del 30% della esposizione per ottenere sui radiogrammi una variazione di densità sufficientemente significativa da poter essere apprezzata dall occhio umano variazioni dell esposizione comprese tra il 50 ed il 100% sono necessarie per correggere una radiografia che necessita di essere ripetuta per una sovra- o sottoesposizione, quando si usa una tecnica manuale di controllo dell esposizione CONTROLLO AUTOMATICO DELL ESPOSIZIONE Il controllo automatico dell esposizione (AEC) è un dispositivo, presente negli apparecchi radiologici relativamente moderni, che controlla il tempo di esposizione necessario per produrre immagini di densità ottimale: misura la quantità di radiazione trasmessa attraverso il paziente (e che quindi incide sulla pellicola), interrompendo l esposizione del tubo radiogeno quando la giusta quantità di raggi X ha raggiunto la pellicola stessa 10

11 CONTROLLO AUTOMATICO DELL ESPOSIZIONE Localizzazione dei detettori (camere a ionizzazione, rivelatori a scintillazione oppure rilevatori a stato solido) dell AEC su un sistema verticale Bucky. La scelta dei detettori viene effettuata in funzione della parte anatomica da indagare Fig. 9-3 pag. 133 CONTROLLO AUTOMATICO DELL ESPOSIZIONE Con l AEC, kvp e ma devono essere adeguatamente impostati, in quanto il dispositivo controlla soltanto il tempo di esposizione: compatibilmente con i limiti del tubo, devono essere scelti i più elevati valori di milliamperaggio, in modo che l AEC utilizzi il minor tempo possibile, così da ridurre gli artefatti da movimento ed ottenere la giusta densità ottica 11

12 SID (Source to Image reception Distance) Per SID si intende la distanza tra la macchia focale del tubo (fonte dei raggi X) ed il recettore dell immagine (pellicola, IB, plates a fosfori fotostimolabili, flat pannel, ecc.) Aumentando la SID si riduce il numero di raggi X che colpisce il recettore, in base alla legge dell inverso del quadrato delle distanze (raddoppiando la SID, l intensità si riduce ad un quarto, dimezzando la SID l intensità quadruplica) SID L aumento della distanza dalla sorgente di raggi X determina una riduzione quadratica del loro numero per unità di superficie (legge dell inverso del quadrato della distanza o legge della dispersione quadratica delle radiazioni) Fig pag

13 SID Benchè le variazioni della SID determinino variazioni della densità ottica della pellicola, solitamente tale parametro non viene modificato per variarne l annerimento Le distanze solitamente utilizzate in diagnostica per immagini sono pari a cm e 180 cm (rx torace) A distanze standard, per variare l annerimento ( o densità) solitamente si ricorre a modifiche dei mas SID Le indagini radiologiche effettuate con apparecchiature portatili di frequente richiedono una variazione della SID e, quindi, anche dei mas Piuttosto che usare la formula per calcolare i nuovi mas ogni volta che cambia la SID (legge dell inverso del quadrato delle distanze) è preferibile utilizzare più facilmente le tavole di conversione esposizione-distanza 13

14 Tavola esposizione distanza Es.: il valore di mas da utilizzare al variare della SID può essere calcolato moltiplicando il valore dei mas, utilizzato per una determinata SID di partenza, per il fattore di conversione identificabile nella cella di intersezione tra il valore della SID di partenza ed il valore della nuova SID Se la SID passa da 102 a 112 cm (da 40 a 44 ), il fattore di conversione è pari a 1,2. Tale valore va moltiplicato per il valore di mas utilizzato per la SID di 102 cm Tavola a pag. 16 Bontrager s kvp Il kvp rappresenta un fattore di controllo secondario della densità in quanto: aumentando il kvp si aumenta l energia (qualità) del fascio ed il numero (quantità) dei fotoni emessi dal tubo radiogeno e quindi il numero dei fotoni trasmessi più elevato è il numero dei fotoni trasmessi dal paziente, più alto è il numero dei fotoni primari che raggiungono la pellicola (o recettore d immagine) maggiore è la densità della pellicola 14

15 kvp Regola del 15%: Una variazione del 15% dei kvp è equivalente ad una variazione del 100% dei mas Pertanto, una variazione del 15% del kvp raddoppia o dimezza la densità (o grado di annerimento) di un radiogramma Variazione del 15% del kvp: BASSI livelli di kvp (60-70) richiedono variazioni di 9-10 kvp MEDI livelli di kvp (80-90) richiedono variazioni di kvp ALTI livelli di kvp (>100) richiedono variazioni di kvp FATTORI CHE INFLUENZANO DENSITA E CONTRASTO 15

16 FATTORI DELLA PELLICOLA: CONTRASTO Contrasto radiografico Per contrasto si intende la differenza di densità tra due aree (o punti) dell immagine Una radiografia che mostra nette differenze di densità è detta ad alto contrasto Se le differenze di densità sono piccole e non distinguibili la radiografia è detta poco contrastata FATTORI DELLA PELLICOLA: CONTRASTO Il contrasto radiografico è il risultato di due diversi fattori: contrasto della pellicola, dipendente dalle caratteristiche della pellicola stessa ed influenzato del processo di sviluppo contrasto del soggetto, determinato dalla dimensione, dalla forma e dalla composizione della struttura in esame, nonchè dalle caratteristiche di attenuazione della radiazione utilizzata In Radiologia, abitualmente, si standardizza il contrasto della pellicola e si altera il contrasto del soggetto 16

17 FATTORI DELLA PELLICOLA: CONTRASTO Il contrasto della pellicola è matematicamente definito come la pendenza del tratto rettilineo della curva caratteristica: In Radiologia vengono utilizzate pellicole ad elevati contrasti (quindi ripide) in grado di produrre grandi variazioni di densità per piccole variazioni di esposizione La pendenza della parte rettilinea della curva caratteristica di A è maggiore che non in B Fig pag. 230 Bushong FATTORI DELLA PELLICOLA: CONTRASTO Il contrasto viene generalmente quantificato tramite il gradiente medio, definito come la pendenza del tratto rettilineo compreso fra i due punti della curva caratteristica a densità di 0,25 e di 2 sopra la densità di fondo e di velo Il gradiente medio di una curva caratteristica Fig pag. 231 Bushong 17

18 FATTORI DELLA PELLICOLA: VELOCITA La velocità della pellicola viene definita come l esposizione necessaria per produrre una densità ottica pari a 1 (sopra la densità di base e di velo) La pellicola A è più rapida della pellicola B perché richiede una minore esposizione per ottenere la stessa densità ottica Le pellicole rapide richiedono, quindi, una minore esposizione (meno mas) per produrre la stessa densità ottica Fig pag. 232 Bushong FATTORI DELLA PELLICOLA: LATITUDINE La latitudine della pellicola viene definita come l intervallo delle esposizioni entro il quale la pellicola risponde con densità diagnosticamente utili (cioè comprese fra 0,5 e 2,5) Le pellicole con elevata latitudine coprono un ampia scala di grigi, quelle con bassa latitudine presentano una ristretta scala di grigi La pellicola A ha una latitudine ridotta e maggiore contrasto rispetto alla pellicola B. Con A è necessario utilizzare mas e kvp i più vicini possibili ai valori ottimali Latitudine e contrasto sono inversamente proporzionali: pellicole ad alto contrasto hanno piccola latitudine e viceversa Fig pag. 233 Bushong 18

19 FATTORI DELLA PELLICOLA: TRATTAMENTO Il contrasto della pellicola è influenzato dal suo trattamento Il trattamento della pellicola, a sua volta, dipende dai seguenti fattori: composizione degli sviluppi chimici grado di agitazione durante lo sviluppo tempo di trattamento temperatura di trattamento FATTORI DELLA PELLICOLA: TRATTAMENTO Influenza del tempo e della temperatura di trattamento sul contrasto, sulla velocità e sul livello di fondo della pellicola Il tempo di trattamento e la temperatura di trattamento determinano variazioni della forma e della posizione della curva caratteristica lungo l asse del logaritmo dell esposizione relativa In particolare, tali fattori condizionano il contrasto della pellicola, la sua velocità ed il livello di fondo Fig pag. 234 Bushong 19

20 LA QUALITA DELL IMMAGINE IN RADIODIAGNOSTICA FATTORI DELLA PELLICOLA 20