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Qualità delle ImmaginiQualità delle Immagini
Master:Master:Verifiche di Qualità in Radiodiagnostica, Verifiche di Qualità in Radiodiagnostica, Medicina Nucleare e RadioterapiaMedicina Nucleare e RadioterapiaLezioni n. 7 Lezioni n. 7 -- 88
Dr. Rocco Romano (Dottore di Ricerca)Facoltà di Farmacia, Università degli Studi di SalernoVia Ponte Don Melillo, 84084 - Fisciano E-mail: [email protected], [email protected]
Qualità RadiograficaQualità Radiografica
Qualità RadiograficaQualità Radiografica: fedeltà con cui una : fedeltà con cui una struttura anatomica è riprodottastruttura anatomica è riprodottaI principali fattori sono:I principali fattori sono:–– La risoluzione spazialeLa risoluzione spaziale–– La risoluzione di contrastoLa risoluzione di contrasto–– Il rumoreIl rumore–– Assenza di artefattiAssenza di artefatti
Risoluzione SpazialeRisoluzione Spaziale
La La Risoluzione SpazialeRisoluzione Spaziale è la capacità di è la capacità di separare due oggetti rendendoli visivamente separare due oggetti rendendoli visivamente distinguibilidistinguibiliIn particolare la capacità di visualizzare In particolare la capacità di visualizzare piccoli oggetti con alto contrasto: interfaccia piccoli oggetti con alto contrasto: interfaccia tessuto tessuto –– ossa; ossa; microcalcificazionimicrocalcificazioni toraciche; toraciche; piccole calcificazioni nodulari nei polmoni.piccole calcificazioni nodulari nei polmoni.Geometricamente è data dalla frequenza Geometricamente è data dalla frequenza spaziale che si riesce a visualizzare spaziale che si riesce a visualizzare
Risoluzione SpazialeRisoluzione Spaziale
( ) ( ) / (0)MTF C Cν ν =
Analiticamente mediante la Analiticamente mediante la MTF (MTF (ModulationModulation Transfer Transfer FunctionFunction))La MTF è ottenuta La MTF è ottenuta misurando la variazione di misurando la variazione di densità ottica alle diverse densità ottica alle diverse frequenze spazialifrequenze spaziali
Dove C è il contrasto definito Dove C è il contrasto definito come:come:
max min
max min
( ( ) ( ))( )( ( ) ( ))DO DOCDO DO
ν ννν ν
−=
+
MTF 1/3MTF 1/3
Una barra ed un interspazio di Una barra ed un interspazio di uguale grandezza costituiscono uguale grandezza costituiscono una coppia di lineeuna coppia di lineeIl numero di coppie di linee per Il numero di coppie di linee per unità di lunghezza è detta unità di lunghezza è detta frquenzafrquenza spazialespazialeUna frequenza spaziale bassa Una frequenza spaziale bassa rappresenta oggetti grandirappresenta oggetti grandiUna frequenza spaziale alta Una frequenza spaziale alta rappresenta oggetti piccoli rappresenta oggetti piccoli
MTF 2/3MTF 2/3
MTF 3/3MTF 3/3
La risoluzione limite La risoluzione limite corrisponde ad un corrisponde ad un valore della MTF pari a valore della MTF pari a 0.10.1La risoluzione spaziale La risoluzione spaziale intesa come la intesa come la dimensione del più dimensione del più piccolo oggetto che piccolo oggetto che può essere risolto è può essere risolto è espressa dalla espressa dalla relazione:
1 1( ) ( )2 ( / )
RS cmRS lp cm
=
relazione:
The The EdgeEdge ResponseResponse Function Function
Il profilo di un Il profilo di un EdgeEdge (cioè di un bordo: ERF) (cioè di un bordo: ERF) può essere trasformato in una MTFpuò essere trasformato in una MTFDal punto di vista matematico la MTF è la Dal punto di vista matematico la MTF è la trasformata di trasformata di FourierFourier di un impulsodi un impulsoLa derivata del profilo di un bordo è un La derivata del profilo di un bordo è un impulsoimpulsoLa trasformata di La trasformata di FourierFourier della derivata del della derivata del profilo è la MTFprofilo è la MTF
Risoluzione di ContrastoRisoluzione di ContrastoCapacità di distinguere Capacità di distinguere strutture anatomiche di strutture anatomiche di contrasto simile come ad contrasto simile come ad es. fegato e milza, materia es. fegato e milza, materia grigia e materia biancagrigia e materia biancaLa CT e la RM hanno La CT e la RM hanno buona ed ottima buona ed ottima risoluzione di contrastorisoluzione di contrastoLa MTF può essere utile a La MTF può essere utile a confrontare la risoluzione confrontare la risoluzione di contrasto: una MTF con di contrasto: una MTF con alti valori a basse alti valori a basse frequenze ha una buona frequenze ha una buona risoluzione di contrastorisoluzione di contrasto
NoiseNoise 1/21/2
Il Il noisenoise (rumore) radiografico è la fluttuazione (rumore) radiografico è la fluttuazione casuale della densità ottica (DO)casuale della densità ottica (DO)In immagini a basso rumore è migliore la In immagini a basso rumore è migliore la risoluzione di contrastorisoluzione di contrastoIl Il noisenoise radiografico ha 4 componenti:radiografico ha 4 componenti:–– Granulosità della pellicolaGranulosità della pellicola–– Maculatura strutturaleMaculatura strutturale–– Maculatura quanticaMaculatura quantica–– ScatterScatter radiationradiation
NoiseNoise 2/22/2
La granulosità della pellicola si riferisce alla La granulosità della pellicola si riferisce alla distribuzione dei grani dell’distribuzione dei grani dell’alogenuroalogenuro d’argentod’argentoLa maculatura di struttura si riferisce alla La maculatura di struttura si riferisce alla distribuzione del fosforo nello schermo distribuzione del fosforo nello schermo intensificatoreintensificatoreLa maculatura quantica si riferisce alla casualità La maculatura quantica si riferisce alla casualità con cui i raggi X interagiscono con il recettore di con cui i raggi X interagiscono con il recettore di immaginiimmaginiAlti mAs, bassi Alti mAs, bassi kVpkVp, recettori lenti riducono la , recettori lenti riducono la
maculatura quanticamaculatura quantica
SpeedSpeed
La risoluzione ed il La risoluzione ed il noisenoise sono connesse sono connesse con lo con lo speedspeed:
I recettori veloci hanno I recettori veloci hanno alto rumore e bassa alto rumore e bassa risoluzione spaziale e di risoluzione spaziale e di contrastocontrastoAlta risoluzione spaziale Alta risoluzione spaziale e di contrasto richiedono e di contrasto richiedono basso rumore e recettori basso rumore e recettori lentilentiBasso rumore è Basso rumore è caratteristico di recettori caratteristico di recettori lenti con alta risoluzionelenti con alta risoluzione
:
Qualità RadiograficaQualità RadiograficaPellicolaPellicolaCurva Curva caratteristicacaratteristica•• DensitàDensità•• ContrastoContrasto•• SpeedSpeed•• LatitudineLatitudine
ProcessingProcessing•• TimeTime•• TemperatureTemperature
Fattori Fattori GeometriciGeometrici•• DistorsioneDistorsione•• IngrandimentoIngrandimento•• BlurBlur
SoggettoSoggettoContrastoContrasto•• SpessoreSpessore•• DensitàDensità•• Numero Numero
anatomicoanatomicoMovimentoMovimento
SensitometriaSensitometria
Lo studio della relazione Lo studio della relazione tra intensità di esposizione tra intensità di esposizione di una pellicola e densità di una pellicola e densità ottica è chiamata ottica è chiamata sensitometriasensitometriaInsIns. . FigFig. 19.4. 19.4La relazione tra La relazione tra esposizione e densità esposizione e densità ottica è detta curva ottica è detta curva caratteristica (caratteristica (HurterHurter & & DriffieldDriffield))
SensitometroSensitometro e e DensitometroDensitometroUn Un sensitometrosensitometro è uno è uno strumento con cui una lastra strumento con cui una lastra può essere esposta ad può essere esposta ad uanuanserie graduata di esposizione serie graduata di esposizione luminosa di qualità spettrale, luminosa di qualità spettrale, intensità e durata controllate. A intensità e durata controllate. A seconda che l’esposizione vari seconda che l’esposizione vari in intensità o in durata, lo in intensità o in durata, lo strumento può essere definito a strumento può essere definito a scala di intensità o a scala scala di intensità o a scala temporale.temporale.Un Un penetrometropenetrometro, un cuneo a , un cuneo a gradini, può fare da gradini, può fare da sensitometrosensitometroUn Un densitometrodensitometro è uno è uno strumento che misura la densità strumento che misura la densità otticaottica
Costruzione della Curva Costruzione della Curva CaratteristicaCaratteristica
La pellicola viene esposta mediante il La pellicola viene esposta mediante il sensitometrosensitometroIl Il sensitometrosensitometro è fatto in modo che è fatto in modo che l’intensità relativa dell’esposizione per l’intensità relativa dell’esposizione per ogni ogni stepstep è notaè notaLa pellicola è quindi passata al La pellicola è quindi passata al densitometrodensitometro, costituito da una sorgente , costituito da una sorgente di luce focalizzata attraverso un piccolo di luce focalizzata attraverso un piccolo foro, ed un sensore di luce posizionato foro, ed un sensore di luce posizionato sul lato oppostosul lato oppostoCiò che è di interesse è il cambiamento Ciò che è di interesse è il cambiamento in DO, espresso mediante l’esposizione in DO, espresso mediante l’esposizione relativa logaritmicarelativa logaritmicaLa scala è in 0.3 perché il log2 = 0.3, La scala è in 0.3 perché il log2 = 0.3, cioè raddoppiando l’esposizione la scala cioè raddoppiando l’esposizione la scala LRE avanza di 0.3LRE avanza di 0.3
Densità Ottica 1/2Densità Ottica 1/2
010log
t
IDOI
=La densità ottica è data da:La densità ottica è data da:
La densità ottica di La densità ottica di pellicole non esposte è pellicole non esposte è dovuta alla densità della dovuta alla densità della base e alla densità base e alla densità fogfogAlta densità di Alta densità di fogfog riduce il riduce il contrasto della lastra contrasto della lastra radiograficaradiografica
Densità Ottica 2/2Densità Ottica 2/2
L’intervallo utile di densità ottica va da 0.25 a 2.5L’intervallo utile di densità ottica va da 0.25 a 2.5La base più il La base più il fogfog hanno un valore che va da 0.1 a 0.3hanno un valore che va da 0.1 a 0.3Per la densità ottica vale la legge della reciprocità: la Per la densità ottica vale la legge della reciprocità: la DO è proporzionale al prodotto mAs, e non dal solo DO è proporzionale al prodotto mAs, e non dal solo tempo di esposizionetempo di esposizioneTuttavia, la legge di reciprocità fallisce nel caso di Tuttavia, la legge di reciprocità fallisce nel caso di utilizzo degli utilizzo degli intensificatoriintensificatori per bassi tempi (< 10 per bassi tempi (< 10 msms) ) e per alti tempi (> 5 s) di esposizionee per alti tempi (> 5 s) di esposizione
Contrasto 1/4Contrasto 1/4
Le differenze in DO Le differenze in DO costituiscono il contrasto costituiscono il contrasto radiograficoradiograficoIl contrasto radiografico Il contrasto radiografico dipende da due fattori:dipende da due fattori:–– Il contrasto del recettore di Il contrasto del recettore di
immaginiimmagini–– Il contrasto del soggettoIl contrasto del soggetto
Il contrasto del recettore è Il contrasto del recettore è inerente al tipo di pellicola inerente al tipo di pellicola ed all’ed all’intensificatoreintensificatore
Contrasto 2/4Contrasto 2/4
Il contrasto inerente Il contrasto inerente alla pellicola è alla pellicola è rappresentato dalla rappresentato dalla pendenza della pendenza della porzione lineare della porzione lineare della curva caratteristicacurva caratteristicaMaggiore è la Maggiore è la pendenza della parte pendenza della parte lineare, maggiore è il lineare, maggiore è il contrasto della contrasto della pellicolapellicola
Contrasto 3/4Contrasto 3/4Una misura del contrasto è il Una misura del contrasto è il gradiente medio definito come:gradiente medio definito come:
Dove OD2 è la densità ottica di Dove OD2 è la densità ottica di 2.0 più la base ed il 2.0 più la base ed il fogfog, OD1 la , OD1 la densità ottica di 0.25 più la base densità ottica di 0.25 più la base ed il ed il fogfog, ed LRE sono le , ed LRE sono le esposizioni logaritmiche esposizioni logaritmiche corrispondenticorrispondentiMolti recettori di immagine Molti recettori di immagine hanno un gradiente medio hanno un gradiente medio compreso fra 2.5 e 3.5compreso fra 2.5 e 3.5
2 1
2 1
. DO DOGr MLRE LRE
−=
−
Contrasto 4/4Contrasto 4/4
Il contrasto del Il contrasto del recttorerecttorepuò anche essere può anche essere individuato dal individuato dal gradiente della gradiente della funzione caratteristicafunzione caratteristica
E si può anche usare la E si può anche usare la curva di contrasto H&H curva di contrasto H&H che sta per Art che sta per Art HausHaus e e Ed Ed HendrickHendrick che che l’hanno propostal’hanno proposta
SpeedSpeedL’abilità del recettore di L’abilità del recettore di immagini a rispondere ad una immagini a rispondere ad una bassa intensitàbassa intensitàLa definizione della La definizione della speedspeed è:è:SpeedSpeed = 1/L’esposizione = 1/L’esposizione necessaria a produrre una DO necessaria a produrre una DO di 1.0 + base + di 1.0 + base + fog fog Quando si sostituisce un Quando si sostituisce un recettore di diversa recettore di diversa speedspeed, i , i mAs devono essere cambiati mAs devono essere cambiati per mantenere la stessa DO, e per mantenere la stessa DO, e devono cambiare in maniera devono cambiare in maniera inversamente proporzionale alla inversamente proporzionale alla speedspeed
LatitutidineLatitutidine
La latitudine è il La latitudine è il rangerangedi esposizione in cui il di esposizione in cui il recettore di immagini recettore di immagini risponde con DO nel risponde con DO nel rangerange diagnosticodiagnosticoMaggiore è la Maggiore è la latitudine, minore è il latitudine, minore è il contrastocontrasto