basic mammography physics

7/24/2019 Basic Mammography Physics

1/141

Osnovi mamografske zike

Olivera Ciraj-Bjelac

1. Institut za nuklearne nauke Vina

Laboratorija za zatitu od zraenja i zatitu ivotnesredine, Beograd

2. Elektrotehniki akultet, Beograd


2/141

Sadraj

Atenuaciona svojstva tkiva dojke Elementi mamografske jedinice (akvizicija,

orada i !rikazivanje slike" Analogna mamografska jedinica #igitalna mamografska jedinica

O!timizacija odnosa doza-kvalitet slike

$arametri kvaliteta slike u mamograji%AEC &e'nologije u mamograji slovi orade i !osmatranja slike


3/141

)ratka istorija mamograje

*+*-*+. /em0ki !atolog A1 Solomon !osmatra

snimka ... mastektomirani' uzoraka $rvo za!isi o radiologiji dojke

*+23 $rvi namenski mamograf (C45,

Senogra!'e" *+67

$rvi namenski !rijemnik slike

*+6.-te $rvi !rojekat namenjen detekciji

karcionoma dojke (kseroradiograja,termovizija, radiograja"

*++.-te Savremena mamograja

8an Steen et al, 9B5-B&5, 7..6, +.:*3*-


4/141

)ratka istorija mamograje

*+2.-te;oderna digitalna i analognamamograja, vidljivo daleko vi


5/141

;amograja

Sistem koji mora da !rui o!timalanrezultat koji !rositi0e iz 'armonijesvi' !ri!adaju=i' elemenata


6/141

)valitet u mamograji


7/141

>izi0ki !rinci!i mamograje#etekcija sa zadovoljavaju=omosetljivo


8/141

;amografska jedinica

5endgenska cev sa anodom iltracijom adekvatnom zamamograju

re?aj za kom!resiju Automatska kontrola eks!ozicije(AEC"

5e


9/141

4enerator @-zra0enja

8isokofrekvantnigenerator je standard umamograji ;anja talasnost (ri!!le" 8e=e srednja energija

s!ektra 8e=i radijacioni izlaz

)ra=e vreme eks!ozicije ;anja doza ;anje artefakata usled

efekata kretanja


10/141

5endgenska cev

5otiraju=a anoda #va katodna namotaja

za dva fokusa

&anak Be !rozor )atoda: na zidagrudnog ko


11/141

Deel efekat


12/141

4eometrija i veli0ina fokusa

Angulisana rendgenskacev (min efektivnaveli0ina fokusa"

&i!i0na veli0ina fokusa: .1 mm .1* mm (magnikacija"

5ezolucija je oljaukoliko je: >okus manji ;anja magnikacija ;anji anodni ugao


13/141

S!ektar @-

zra0enjaavisi od: ;atarijala anode /a!ona (k8"

>iltracije &alasnog olika

na!ona

ti0e na #ozu )ontrast


14/141

S!ektar @-zra0enja

;o anoda ;o ltar za srednje

dojke

5' latr za deljedojke

5' anoda 5' ltar za dojke

velikedeljine%gustine

F, Ag kominacije

&i!i0na vrednostna!ona: 7-7 k8


15/141

)om!resija

&anka i rigidna !lo0a zakom!resiju

5avna i !aralelna sa!rijemnikom slike &rans!arentna za @-

zra0enje ( G.H na .k8"

Sila kom!resije: *.-7.. /


16/141

)om!resija

manjuje

Su!er!oziciju tkiva (oljavizuelizacija tkiva"

5asejano zra0enje (oljikontrast"

a'teve za dimani0kimo!segom detektora (mogu=au!otraa !rijemnika slike

ve=eg kontrasta" #eljinu (manja doza"

Efekte kretanja

;agnikaciju (olja rezolucija"


17/141

5asejano zra0enje

na0ajno i na niskimvrednostima na!ona

manjuje kontrast (u

zavisnosti od deljinedojke" 5e


18/141

5e


19/141

$rijemnik slike

FILM

Obradadigitalneslike


20/141

$osmatranje slike

/egatosko!: ...-2... cd%m7

Amijentalno svetlo: J3. lu@

Iu!a sa odgovaraju=imuve=anjem

;askiranje


21/141

#igitalne te'nologije u

mamograji Elektronska detekcija@-zra0enja!ro!u>#;": Mndirektni, CsM

scintilacioni

detektori #irektni, a-Se

detektori Com!uted radiogra!'L

(C5" Stimulisana

fotofosforescencija


22/141

$rikazivanje digitalne slike

*1 Dard-co!L:laserski


23/141

Automatska kontrolaeks!ozicije (AEC" Mzor !arametara eks!ozicije (anoda, ltar, k8,

mAs" O!timalan odnos: kontarst (kvalitet slike" i doze

za ilo koju deljinu i sastav dojke

Automastki izor k8Automastki izor k8


24/141

Odre?ivanje doze u

mamograji #oza za !acijenta #oza za standardnu dojku

(fantom"

#oza na !ovr


25/141

Srednja glandularna doza

) je doza na !ovraktor g je konverzioni faktora za glandularnost od 3.H

>aktor c ozna0ava korekciju za odstu!anje od 3.Hglandularnosti

>aktor s !restavlja korekciju za razli0ite s!ektre @-zra0enja

sg!"#$% =


26/141

>aktori koji uti0u na kvalitetslike


27/141

5ezolucija

4eometrija sno!a @-zra0enja 8eli0ina fokusa Ste!en uve=anja

(magnikacija" 5ezolucija !rijemnika slike

>izi0ki !rocesi u detektoru 8eli0ina detektorskog

elementa

Efekti kretanja $rikazivanje slike

8eli0ina !iksela, inter!olacija,kvalitet


28/141

)ontrast

S!ektar @-zra0enja (A%> ik8"

)ontrola rasejanogzra0enja

5e


29/141

Kum

Slu0ajne varijacijesignala na slici

/e sadri korisnuinformaciju Smanjuje:

5ezluciju

)ontrast


30/141

Odnos signal-


31/141

$regled te'nologija u

mamograji


32/141

$rijemnik slike

FILM

Obradadigitalneslike


33/141

)ominacija lm-!oja0iva0ka folija

9edan sloj emulzije na lmu 9edna !oja0iva0ka folija


34/141

)ominacija lm-!oja0iva0ka folija


35/141

Orada lma

>ormiranje latentneslike

)onverzija AgBr u jone srera ielektrone /astanak cenatara osetljivosti

Orada 5azvijanje >iksiranje Ms!iranje Su


36/141

#igitalne te'nologije umamograji Elektronska detekcija

@-zra0enja!ro!u>#;": Mndirektni, CsM

scintilacioni

detektori #irektni, a-Se

detektori Com!uted radiogra!'L

(C5" Stimulisana

fotofosforescencija


37/141


38/141

&i! *: C5 mamograja

;ogu=e koristiti sa analognim rendgen-a!aratima

)asete standardni' dimenzija >osfor: Ba>Br:Eu7Q

Iatentna slika O0itavanje !omo=u laserske svetlosti


39/141

&i! *: C5 mamograja


40/141

&i! *: C5 mamograja

;e'anizam guitka rezolucija u C5


41/141

&i! 7: Mnidrektna CsM(&l" &>&mammograja

Sloj CsM(&l" scintilatorade!onovana je na matricidioda velikog formata

koje se nalaze nasustratu a-Si Svaki element je !ovezan

!utem &>& !rekida0a sa

nizom kontrolni' linija O0itavanje i digitalizacijasignala


42/141

&i! 7: Mnidrektna CsM(&l" &>&mammograja


43/141

CsM (&l"%a Si Rat !aneldetektor


44/141

&i! : #irektna a-Se &>&mamograja #irektna konverzija energije @-zra0enja u

elektri0ni signal Sloj a-Se de!onovan na niz elektroda

formiraju=i detektor Elektr0no !olje omogu=ava kretanje

elektona i


45/141

&i! : #irektna a-Se &>&mamograja


46/141

#igitalna slika

#vodimenzionalna mrea !iksela 8eli0ina slike: duina !iksela @


47/141

#igitalna mamograja

Elektonski detektor registruje zra0enje!ro!u


48/141

B1 Iazzari, M linear sLstems, E5E>, 7..G


49/141


50/141




51/141


Monitori

Aijentalno svetlo 4eometrijska distorzija

)ontrastna osetljivost 5ezolucija Arefakti >unkcija skale sivog niformnost 111

Printeri

4eometrijska distorzija )ontrastna osetljivost

5ezolucija Artefakti O!seg O# >unkcija skale sivog niformnost 111


52/141

Analogna vs digitalnamamograja

mAs%7AEC

(mAs"mAs @

7


53/141

#igitalna mamograja

G.mAs

*3.mAs

7*.mAs


54/141

Analogna mamograja

Prednosti

8isoka rezolucija

9ednostavno!rikazivanje 5azli0ite veli0ine

!rijemnika slike #ugoro0no

skladi


55/141

#igitalna mamograja

8e=i roj !acijenata 8e=a osteljivost 8e=i dinami0ki o!seg

(*...:*" Bolji kontrast $rilago?avanje

kontarasta

Orada slike /a!redna !rimena

Ar'iviranje ($otencijalno" nia

doza $ristu! slici sa

razli0iti' mesta(telemedicina"

Ali111 Io


56/141

#igitalna mamograja vsS>; ;anje gaaritna

jedinica /e za'teva komoru za

razvijanje

$otencijalno manjadoza (ali ez garancija"

C5 te'nologija osetljivana !ra;

Bolje mogu=nosti zaar'iviranje i !rostu!slike

Bolje mogu=nosti zaar'iviranje i !rostu!slike

Iak


57/141

Automatska kontrola

eks!ozicije


58/141

)ontrast (kvalitet slike"


59/141

)ontrast

S!ektar @-zra0enja (A%> ik8"

)ontrola rasejanogzra0enja

&eetka 'astav i debljina dojke

Odgovor detektora "arakterstina kriva

()l*+ "riva dogovora za dig.

$rikazivanje slike


60/141

;amograja

Kontrast Rezolucija

MALI INHERENTNI

KONTRAST!


61/141



re?aj za kom!resiju Automatska kontrola ekspozicije(A!"

5e


62/141

S!eci0na o!rema umamograji

AEC


63/141

Ojekat snimanja


64/141

BM-5A#S: 4S&M/A #O9)E


65/141

)valitet slike i doza


66/141

loga AEC u mamograji

Osigurava odgovaraju=i kvalitet slike za ilo kojudojku (a!sor!ciona svojstva" Odar kvalitet sno!a (A%>, k8" na osnovu

a!sor!cije u !ojedina0nog dojci Odair mAs, !rema dozi !otrenoj detektoru

)ontrola doze za !acjenta S!re0avanje o


67/141

$rinci!i AEC


68/141

AEC: $re-e@!osure

$re e@!osure od nekoliko ms omogu=ava !rocenu a!sor!cijeu dojci

AEC konstantan kvalitet


69/141

AEC: konstantan kvalitetslike

#ebljina

Anoda$%ltar

k& mAs

7 A>* 73 7.

13 A>7 7G *..

2 A> * 7..


70/141

AEC u analognoj

mamograji


71/141

AEC

AEC detektor is!od!rijemnika slike

5azli0ite !ozicije senzora

$ravilan izor senzora:is!od najgu


72/141

E@!osure c'arts

Bushberg et al, Essential h-si!s o #edi!al i*aging


73/141

Evolucija (A"EC

;A/AI SE;MA&O;A&MC A&O;A&MC

O# kontola: 11-7, -*,.111Q7111

MAN'AL MIA')OMA)I! A')OMA)I!A%> ;anual ;anual Auto

k8 ;anual ;anual Auto

mAs ;anual Auto Auto


74/141

AEC: lm-!oja0iva0ka folija

>iksna (nelinearna"funkcija odgovora

$arametar: O#(o!ti0kagustina%zacrnjenjelma"

AEC senzor is!od

najgu


75/141

$ozicioniranje senzora

8i


76/141

AEC vs!rijemnik slike (lm"

Dig' contrast lmovi

su manje !odloniuticaju nestailnostiAEC

Kiri dinami0ki o!seg


77/141

Ms!itivanje AEC

Ms!itivanje AEC daje infomaciju o dozi i kvalitetuslike za razli0ite deljine ojekta

)vantitativan test

i i j


78/141

Ms!itivanje AEC

#oza na lmu je konstantna, ez ozira nakvalitet sno!a

Ms!itivanje stalnosti O# na lmu (indikator

doze" u lineranom o!segu karakteristi0nekrive lma /e!ravilno funkcionisanje AEC vidljivo sa

drasti0nim uticajem na kvalitet slike

/e!ravilno funkcionisanje


79/141

/e!ravilno funkcionisanjeAEC #irektan i vidljiv

uticaj na kvalitetslike

M i i j AEC


80/141

Ms!itivanje AEC


81/141

AEC u digitalnojmamograji

(direktna i C5"

#igitalne te'nologije u


82/141

#igitalne te'nologije umamograji Elektronska detekcija

@-zra0enja!ro!u>#;": Mndirektni, CsM

scintilacioni detektori #irektni, a-Se

detektori

Com!uted

radiogra!'L (C5" Stimulisana

fotofosforescencija

AEC di it l j


83/141

AEC: digitalna mamograja

$arametar: S#/5(intenzitet signalau odnosu na!ozadinu"

Mntegrisani detektorza AEC

M t i AEC #;


84/141

Mntegrisana AEC u #;

M t i AEC #;


85/141

Mntegrisana AEC u #;

Opcija *

Msti s!erktar za dvedojke iste deljine irazli0itog sastava

$rolem u slu0ajuintenzivnoa!soruju=i' ojekata(fantom"

Opcija +

5azli0iti s!ektar zadve dojke iste deljinei razli0itog sastava

AEC C5


86/141

AEC: C5

C5 i analognimamograf

AEC dizajniran za

lm C5 ima


87/141

Ms!itivanje AEC u #;

5azli0iti !arametri: ;$8 (mean !i@el value" S/5 (signal-to-noise ratio" S#/5 (signal diTerence-to-noise ratio" C/5 (contrast-to Unoise ratio"

/e!ravilno funkcionisanje AEC nije o0igledno

Ms!itivanje AEC


88/141

$;;A 6 cm

Ms!itivanje AEC

M ti j AEC


89/141

Ms!tivanje AEC

Ms!iti anje AEC


90/141

Ms!itivanje AEC


91/141

Orada i !osmatranje

lma u mamograji



92/141



re?aj za kom!resiju

Automatska kontrola eks!ozicije(AEC" 5e


93/141

)ominacija lm!oja0iva0ka folija 9edan sloj

emulzije nalmu

9edna!oja0iva0kafolija

>ilm i !oja0iva0ka folija


94/141


$oja0iva0ke folije na azi retki' zemalja 4adolinijum oksisuld aktiviran

ternijumom (4d7O7S:&"

9edna !oja0iva0ka folija Ekasnost a!so!cije fotona u !oja0iva0kim

folijama iznosi 6.H (niska energija fotona"



95/141


>ilm sa jednim slojem emulzije (oljarezolucija"

adovoljavaju=a o!ti0ka gustina se !oste

dozom od .1.3 do .17 m4L Ograni0en dinami0ki o!seg )lju0na dora Automatska )ontrola

Eks!ozicije (AEC"

Struktura lma


96/141

Emulzija (3-7. Vm t'ick"

Osnova (7.. Vm t'ick"

Su!er omota0

Ad'esivni sloj

,ednoslojni %lm

Anti-uvijaju=u sloj

Struktura lma

>unkcija !ojedini' slojeva


97/141

>unkcija !ojedini' slojeva

Zatitni sloj: spreavao


98/141

S!ektralni odziv lma

)ominacija lm-


99/141

)ominacija lm!oja0iva0ka folija

>ormiranje slike


100/141

>ormiranje slike

Iatentna slika se formira u interakcijisvetlosni' fotona iz !oja0iva0ke folije sa

jonima 'alida u kristalu emulzije (srero'alid"

Dalidi ot!u


101/141

Orada lma


102/141

Orada lma

5azvijanje: )onverzija nastali' atoma srera u metalno

srero

>iksiranje: Odstranjivanje !reostali' neeks!onirani' jona

srero 'alida, ostavljaju=i samo atome srera-stvaranje !ermanentne slike

Orada lma


103/141

Orada lma

9ednoslojna emulzija na mamografskomlmu je delja i osteljivija na !ojavuartefakata u !rocesu orade lma

O!ti0ka gustina (*13-71." u mamograji jeve=a nego u konvencionalnoj radiograji /amenski ure?aj za oradu lma $rodueni ciklus orade, vi


104/141

O# - log*.I.$ It

>ilm

I.It

Mntenzitet!ro!u


105/141

O#

8isuallL evalualerange of densities

BaseQ fog

Saturation

Iog E@!osure (m5"

/ormal rangeof e@!osures

&'e of a lm: t'egradient of t'eXstraig't lineY !ortionof t'e c'aracteristiccurve

O#7

O#*

E* E7

W (O#7 - O#*" % (log E7 - log E*"

)arakteristi0na kriva (DZ#"

/agi lineranog dela lma


106/141

/agi lineranog dela lma

Srednja vrednostna(iba nalazi u opse(u

O) od *+- do +*

O) . +*, proputa/0 svetlosti

O)/ . *+-

Ijudsko oko re(istruje

razliku u kontrastu od/*0

#inami0ki o!seg lma


107/141

il* / i*a *anjio0seg i bolji kontrast,a )l* B vei o0seg iloiji kontrast

#inami0ki o!seg lma

Senzitometrijski !arametri


108/141

j !lma Osnova 1 osnovno za'rnjenje: optika (ustina osnove

filma, spoljanji uti'aj na strukturu filma koji nije nastao

usled izla(anja zraenju

Osetljivost speed#: re'iprona vrednost intenziteta

zraenja neophodno( za dobijanje O)./ na filmu 2ama konstanta kontrast#: na(ib linearno( dela na

karakteristinoj krivoj

#inami0ki opse( filma: strmi deo na karakteristinoj

krivoj filma koji odre&uje opse( intentiteta zraenjaneophodno( da se formira O) na filmu u opse(u

vidljivosti

Orada lma


109/141

Orada lma

>ormiranje latentne slike )onverzija AgBr u jone srera

i elektrone

/astanak cenataraosetljivosti

Orada 5azvijanje >iksiranje Ms!iranje Su


110/141

Automatska orada lma

)onstantna tem!eratura razvija0a )onstantno vreme razvijanja Automatska zamena 'emikalija

Su


111/141

Orada lma

)ontrola kvaliteta !rocesa


112/141

!orade

)ominacija lm-


113/141

j!oja0iva0ka folija

)ontakt lm-folija


114/141

)ontakt lm folija

;ra0na komora


115/141

;ra0na komora

Safelig'ts: rastojanje odstola, ti! i oja ltera, ojasijalice, energija (J 73 F"

$risustvo s!olja


116/141

$osmatranje slike

Osnovni !reduslov za inter!retacijudijagnosti0ke informacije jesu o!timalniuslovi !osmatranja lma

\ista !ovr


117/141

(cd$m+"

j j g !

Sjajnost negatosko!a


118/141

(cd$m+"

/0.. /1*.

2+..

/2*. 2**.

2*3.

/4+. /12. 2.4. /4+.

Sjajnost negatosko!a


119/141


120/141

Amijentalno svetlo


121/141

(osvetljaj"


122/141

)ontrola kvaliteta

monitora i !rintera



123/141




124/141

$rikazivanje slike

Odgovaraju=a radna stanica /ema saglasnosti o roju mamograma koji

moraju simultano iti !rikazani o!


125/141

5adna stanica

;agnikacija, zoom FindoN i levelling (kontarst i osvetljaj" 5otacija slike

Smanjenje


126/141

! e a o o a

(51 van Engen et al1 &'e Euro!ean!rotocol for t'e ]ualitL control of t'e!'Lsical and tec'nical as!ects ofmammogra!'L screening1 $art B: #igitalmammogra!'L, in t'e t' Edition of t'eEuro!ean 4uidelines for Breast CancerScreening (7..3""

M$E; +* AA$; &4 *G ^1

'tt!:%%deckard1mc1duke1edu%samei%tg

A !rintera i monitora


127/141

!

&est slike $osmatra0 >otometar #enzitometar

A monitora i !rintera


128/141

!

C testovi $olugodi


129/141

)est Oprema Frek5encija Kriterijum

Amijentalno

svetlo

fotometar !olugodi


130/141

j

;eriti u centrumonitora, safotometromusmerenim kaisklju0enommonitoru

J*. lu@

)ontrast


131/141

Svi segmenti vidljivi 3H i +3H kvadratni

segmenti vidljivi &g*G-C

5ezolucija


132/141

j

Evaluacija rezolucije u 'orizonatlnom ivertikalnom !ravcu 2 test


133/141

&4*G-C #efektni !ikseli /edovoljna duina ita

$relazi izme?u crno-eli'segmenata

1111

Iuminantna uniformnost


134/141

Mzmeriti luminaciju u !et lokacija


135/141

!

)est Oprema Frek5encija Kriterijum

4eometrijskadistorzija

&4*G-C dnevno 5uovi jasnovidljivi

)ontrast &4*G-C dnevno Svi segmentividljivi

5ezolucija &4*G-$C $rijemnais!itivanja ikasnije !o !otrei

Svi linisjki !arovividljivi

Artefakti &4*G-C dnevno Bez vidljivi'artefakata

4S#> &4*G-$C

denzitometar

!olugodi


136/141

artefakti Sve linije ravne i vidljve Bez vidiljvi' artefakata &4*G-C

)ontrast


137/141

Svi segmenti vidljivi &4*G-C

5ezolucija


138/141

j

Sve linije('orizontalne ivertikalne" vidljive

&4*G-$C

niformnost o!ti0ke gustine


139/141

! g

Mzmeriti O# u !et lokacija


140/141

;amograja za'teva vizuelizaciju tkivasli0ni' atenuacioni' svojstava $oseno dizajnirana mamografska jedinica Analogna mamograja #igitalna mamograja

C5

Mndirektna digitalna mamograja #irektna digitalna mamograja $resnosti i nedostci analogne i digitalne

mamograje $arametri kvaliteta slike #oza za !acijenta AEC oavezna u mamograji

AEC omogu=ava o!timalan izor!arametara eks!ozicije u zavisnosti oddeljine i sastava dojke

Orada slike $rikazivanje slike


141/141

basic mammography physics

Documents