Dne 9.2.2022 se uskutečnil webinář IOMP na téma „Image quality monitoring, Medical Physics 3.0, and patient-centered care“. Více zde: https://www.iomp.org/iomp-school-webinars/. Přednášejícím byl Ehsan Samei, vynikající radiodiagnostický fyzik, autor mnoha publikací.
Letošní kongres RSNA 2021 se nesl v duchu deep learning a CT s photon-counting detektory. Tedy vzato z fyzikálního pohledu. Tu a tam se objevila i přednáška z oblasti jiné, např. intervenční, ale největší část přednášek se zabývala právě dvěma zmíněnými tématy.
Firma Siemens oficiálně představila první CT s photon-counting detektory (volně lze přeložit jako detektory čítající jednotlivé fotony), firma Canon uvedla alespoň příspěvek s tím, kam se v oblasti photon-counting detektorů u CT dostali oni.
CT s photon-counting detektory (zde již mluvíme o spektrálním zobrazení) by měly jednoznačně přispět ke zlepšení kvality CT obrazů snížením šumu, lepším prostorovým rozlišením a přesností v jodových obrazech, umožňující kvantitativní hodnocení. A v neposlední řadě by měly umožnit také snížení radiační zátěže pacientů, protože je vhodným prahováním možné odstranit elektronický šum, tedy i potřebný počet fotonů a tedy snížit radiační zátěž.
Porovnejme si nyní technologii klasických energy-integrating detektorů (EID, detektory integrující energii přes celý detekční element) s photon-counting detektory (PCD, detektory čítajícími jednotlivé fotony). Grafické znázornění technologie EID a PCD je na obr. 1.
Obr. 1: Technologie EID a PCD [1]
EID využívá scintilačního materiálu, ve kterém dochází po absorpci rtg fotonu ke vzniku fotonů viditelného světla (záblesků), které dopadají na fotodiodu, ve které dochází ke vzniku signálu. Jedná se o dvoustupňový proces. U PCD se využívá polovodičový detektor, ve kterém po absorpci rtg fotonu vznikají páry elektronů a děr, které putují přímo k elektrodám, kde dochází ke vzniku signálu. Detekční elementy EID jsou obvykle větší než detekční elementy PCD, což společně s polovodičovým detektorem umožňuje získat lepší prostorové rozlišení. V ultra vysokém rozlišení je možné při použití PCD získat rozlišení až 40 lp/cm (u Naeotom Alpha, Siemens). Např. u prototypu firmy Canon je to prozatím pouze 8 lp/cm, ale pracují dále právě na ultra vysokém rozlišení. Ukázka CT obrazů z CT s EID (Flash, Force) a z CT s PCD a PCD s UHR (ultra vysoké rozlišení) je uvedena na obr. 2.
Obr. 2: Prostorové rozlišení dvou CT skenerů s EID (Flash, Force) a z CT skeneru s PCD [2] (A – axiální řez, B – sagitální řez)
Bylo zajímavé nahlédnout pod pokličku toho, co se děje při CT rekonstrukci, která využívá umělou inteligenci (nejčastěji deep learning, DL), kde všude v procesu zpracování obrazu lze DL použít. Lze to aplikovat např. na raw projection data (hrubá data), kdy můžeme pomocí toho provést korekci na rozptyl, tvrdnutí svazku a kovové artefakty. Nebo to můžeme využít o krok dále, při zpětné projekci, např. ke korekci podvzorkovaných dat nebo opět k redukci kovových artefaktů. Lze to však použít ještě v dalším kroku, kterým je čtení obrazu radiology. Prozatím jsou na trhu dostupné systémy s integrovanou DL rekonstrukcí pro dva výrobce – TrueFidelity od firmy GE a AiCE od firmy Canon.
Na kongresu také v nejedné přednášce zaznělo, že umělou inteligenci lze aplikovat hlavně pro korekci šumu u nízkodávkových vyšetření, ale na druhé straně zazněly také nevýhody s tím spojené, kterými je ztráta některých nízkokontrastních lézí nebo také trochu „umělý“ vzhled CT obrazů pro radiology, pro které je pocitově obraz někdy až moc hladký, takže působí uměle.
Spousta přednášek se zabývala již zmíněnými CT s photon-counting detektory, ale zajímavé byly také přednášky, které se zabývaly použitím photon-counting detektorů i mimo oblasti CT, např. při 3D rotační angiografii získané na angiografickém systému.
Kongres letos kvůli pandemii covidu nenavštívilo zdaleka tolik zájemců, ale i tak se jednalo, alespoň pro mě, o velmi přínosný kongres, na kterém šel vidět posun právě k DL a k CT s PCD. To je ve zkratce vše, uvidíme, čeho se v budoucnu dočkáme v klinickém použití a co naopak bude slepá větev.
Použitá literatura
[1] Flohr, T. Performance evaluation of a dual source CT with two photon couting detectors. RSNA 2021.
[2] Photon-counting CT: Technical Principles and Clinical Prospects – PubMed (nih.gov)
7. listopadu se slaví International Day of Medical Physics. Při této příležitosti jsem narazila na krásný obrázek ilustrující, jak se vyvinulo zobrazení s použitím rtg záření. Myslím, že k tomu není potřeba víc dodávat.
Převzato z https://www.linkedin.com/posts/ctisus_happy-international-day-of-radiology-activity-6863491912272236545-wN6i.
International Atomic Energy Agency organizuje dne 21. 5. 2021 webinář na téma Zdůvodnění a optimalizace dentálního 2D a 3D zobrazení. Pro více informací: Improved justification and optimization of dental 2D and 3D imaging through education and training | IAEA. Webinář je přístupný zdarma po registraci.
Do záložky Vzdělávání / Webináře bylo přidáno několik odkazů na aktuálně pořádané webináře, které se týkají radiodiagnostiky a intervenční radiologie.
Přehled aktuálních
International Organisation for Medical Physics (IOMP)
IOMP School Webinars – International Organization for Medical Physics. Semináře je možné sledovat také retrospektivně.
Fluoroscopy Users‘ Group (FLUG)
Masterclass Webinar Series – Fluoroscopy Users‘ Group (flug.org.uk)
International Atomic Energy Agency (IAEA)
Webinars in radiation protection | IAEA – radiační ochrana obecně, je potřeba si vybrat vhodný seminář. Semináře je možné sledovat také retrospektivně.
IAEA přidala na svůj web několik tutoriálů.
Jeden se týká QC na CT, je k dispozici zde: Human Health Campus – Tutorial Videos on Quality Control for CT (iaea.org). Tutoriál se skládá z několika krátkých videí, ve kterých je popsáno a ilustrativně předvedeno, co se daným testem ověřuje, jak se test provádí, jak se vyhodnocuje a taktéž jaké odchylky jsou ještě akceptovatelné (dle doporučení Quality Assurance Programme for Computed Tomography: Diagnostic and Therapy Applications | IAEA). Tato publikace je také velmi užitečná jako návod pro provádění QC na CT skenerech.
Dále je na webu IAEA k dispozici tutoriál pro Radiační ochranu u intervenčních výkonů, k dispozici zde: Online training in radiation protection | IAEA , kdy je potřeba se registrovat, ale současně je možné získat certifikát. Individuální videa jsou pak přístupná zde: Training material | IAEA, videa komprimovaná v jednom zip souboru pak zde: rpop_radiation_protection_in_interventional_procedures.zip | IAEA.
Mimo výše zmíněné byl na web IAEA umístěn také vzdělávací tutoriál pro Radiační ochranu při zobrazování v dentální radiologii, který je k dispozici zde: Online training in radiation protection | IAEA. Opět možné shlédnout buď s registrací a certifikátem, nebo volně bez registrace.
Ve dnech 27. 2. – 3. 3. 2019 se ve Vídni konal již 25. ročník European Congress of Radiology (ECR), který získal také záštitu International Atomic Energy Agency. Kongres nabývá každým rokem na velikosti i významnosti, letos se zaregistrovalo přes 30 tisíc účastníků. Velikostí se tento kongres ještě neblíží největšímu radiologickému kongresu Annual Meeting of Radiological Society of North America pořádaném ve spolupráci s American Association of Physicists in Medicine. Tento kongres se koná každoročně na přelomu listopadu a prosince v Chicagu a loni ho navštívilo okolo 56 tisíc účastníků.
Na ECR se letos představilo přes 300 vystavovatelů na ploše 26 000 m^2, takže se výstava ani nedala celá projít :).
Mnoho příspěvků na ECR se týkalo umělé inteligence. Z počtu 3 166 přednášek se umělé inteligence týkalo 457, tedy neuvěřitelných 14 %. Jen pro porovnání, radiační ochrany se týkalo pouze 181 z 3 166 přednášek. Hodně pozornosti, konkrétně 275 přednášek, bylo věnováno také kampani EuroSafe Imaging, která byla zahájena před 5 lety. Tato kampaň má za cíl zvýšit bezpečnost pacientů, zejména z hlediska radiační ochrany a důsledného dodržování principu zdůvodnění.
Na ECR bylo velké zastoupení i fyzikálních sekcí (celkem 366 přednášek, 12 %), které byly vytvořeny ve spolupráci s European Federation of Organisations for Medical Physics, vhodných zejména pro radiologické fyziky. Přednášky, speciálně pak tzv. refreshing courses, byly opravdu brilantní a velmi užitečné, určitě je doporučuji v rámci kontinuální celoživotního vzdělávání. Mnoho přednášek bylo věnováno také radiologickým asistentům, celkem 321. Překvapuje mě, že je toto číslo nižší než počet přednášek ve fyzikálních sekcích :).
Častými tématy přednášek byla optimalizace CT, včetně využití umělé inteligence, a samozřejmě také mamografie. Stále důležitějšími se stávají softwary pro dose management, např. Radimetrics, DoseWatch, Qaelum, které se vyskytly ve 104 přednáškách. Tyto softwary jsou velmi efektivním nástrojem pro optimalizaci vyšetření. Ať už z pohledu používaných vyšetřovacích protokolů, nebo z hlediska nevhodně provedených vyšetření, tak i z hlediska hodnocení kumulativních dávek pacientům.
Přednášky jsou po registraci (registrace do ECR stojí 11 EURO) přístupné online a je tak možné kteroukoliv z nich shlédnout v pohodlí domova. Vřele doporučuji, aby člověk věděl, co se děje v oboru.
V knihkupectvích a na webu je již možné zakoupit knihu „Radiační ochrana při rentgenových výkonech – to nejdůležitější pro praxi„. Přeji příjemné čtení :).
A malý náhled:
V tomto krátkém sdělení bych chtěla s radostí oznámit, že v několika nadcházejících dnech vyjde u nakladatelství Grada moje knížka, která se zabývá mnoha technickými aspekty ohledně rtg zobrazování, včetně radiační ochrany. Knihu si můžete objednat zde. Přeji pěkné čtení :).
7. listopad 2017 je již pátým mezinárodním dne medicínské fyziky. Marie Sklodowska-Curie by letos oslavila 150. narozeniny, proto je letošní den zasvěcen ženám v medical physics :).
Narazila jsem dnes na zajímavý článek, ve kterém se mluví o správném výběru skenovaného objemu u CT plic: http://www.auntminnieeurope.com/index.aspx?sec=sup&sub=cto&pag=dis&ItemID=614983
Tak se zdá, že se nám to nějak zamotává s lineárním bezprahovým modelem, jehož platnost začíná být zpochybňována. Pro a proti lineárního bezprahového modelu ve velmi pěkně zpracované přednášce…
Tak uvidíme, jak se to bude vyvíjet dále :)
Dnes jsem náhodou narazila na fantom, který by byl určitě pro většinu radiologických fyziků skvělou pomůckou při optimalizaci. Dojem mi trochu kazí ta cena….
Zde je odkaz na webové stránky prodejce.
Na horním panelu záložek přibyla nová záložka s názvem Vzdělávání. Tam je možné najít odkazy na různé online dostupné kurzy a přednášky, které se týkají radiační ochrany pacienta, pracovníků, ale také technologie zobrazování atd. Věřím, že stránku navštívíte :).
Na webových stránkách firmy Siemens Healthineers je volně dostupný simulátor rtg spekter. Umožňuje simulovat jak mamografická spektra (anoda Mo, Rh, W, napětí 18-40 kV) s mnoha různými filtry, tak i skiagrafická (W anoda, napětí 30-140 kV, zvlnění napětí 0-100%). Vřele doporučuji, není požadována žádná instalace.
Obr. 1: Ukázka rozhraní simulátoru
(https://www.oem-xray-components.siemens.com/x-ray-spectra-simulation)
Výstupem simulace je kvantifikace počtu fotonů jednotlivých energií společně s vlastnostmi filtru a rtg svazku za filtrem, včetně stanovení polotloušťky, fluence, kermy.
Obr. 2: Výstup simulace – ukázka rtg spektra i s jeho kvantifikací s možností přidat filtraci
Na internetu je dohledatelných více softwarů, mezi dalšími doporučuji i SpekCalc, jehož výhodou je simulace rtg spekter vyšších energií, včetně radioterapeutických, avšak nevýhodou je možnost pouze W anody, což neumožňuje simulovat Mo a Rh mamografická spektra. Další nevýhodou je pořizovací cena, software je k mání za 25 EUR.
Minulý týden se na internetu objevila zpráva ohledně nového materiálu na výrobu ochranných pomůcek proti rtg záření. Jedná se o kombinaci wolframu s polyuretanem, díky čemuž materiál poskytuje až o 40% vyšší ochranu. Taktéž z hlediska toxicity se jedná o bezpečný materiál, což je jeho velká výhoda ve srovnání s olovem.
Vědecký tým na Polytechnic University, vedený docentem Fei Bin a profesorem John Xin Haozhong, vytvořili materiál, který nejen že dokáže odstínit o 40% více záření než materiál s obsahem olova, ale je bezpečný (netoxický) a navíc je o 22% lehčí. Výrobky z tohoto materiálu lze bezpečně recyklovat.
Zde se však nabízí otázka, jak je možné, že materiál, který je lehčí, poskytuje větší ochranu než doposud hojně využívané olovo?
Tým vědců použil novou technologii, která transformuje wolfram – jeden z materiálů s největší hustotou (wolfram 19,25 g/cm3, olovo „pouze“ 11,34 g/cm3), v malé částice, které mají tloušťku jedné desetiny tloušťky wolframového vlákna v žárovce. Wolfram, získaný z obyčejných žárovek, je smíchán s polyuretanem, což je vysoce elastický materiál, za vzniku nového materiálu. Díky svojí elasticitě zůstávají ochranné pomůcky z tohoto materiálu i po několika přehybech celistvé. Ochranné pomůcky z tohoto materiálu je možné používat minimálně 3 roky bez nutnosti kontroly kvůli zlomům, zatímco ochranné pomůcky s obsahem olova by měly být kontrolovány každoročně.
Ačkoliv je wolfram dražší materiál než olovo, vědci očekávají, že ochranné pomůcky budou levnější než ty s obsahem olova, protože je možné použít méně materiálu. Objevitelé tohoto nového materiálu uvedli, že se nechali inspirovat nehodou ve Fukushimě v roce 2011, která byla druhou největší jadernou katastrofou v dějinách hned po Černobylu.
Vědci z unverzity čekají na příležitost komerčního využití a dodávají, že do půl roku by mohly být ochranné prostředky z tohoto materiálu k dispozici, půjde-li spolupráce v komerční oblasti dobře.
Tak uvidíme, jak to dopadne :).
Zde je krátký přehled expozičních automatik čtyř velkých výrobců CT.
Modulace ve směru osy Z – v podélné ose pacienta
Úhlová modulace – v rovině XY pacienta
Kombinovaná modulace – kombinace modulace v ose Z a rovině XY
Použitá literatura:
http://ns-files.iaea.org/training/rpop/ct-e-learning/story_html5.html
Efektivita produkce rtg záření je velmi malá, obvykle se uvádí 1%. Zbytek kinetické energie elektronů dopadajících na anodu se změní na teplo. S produkcí rtg fotonů je to ve skutečnosti však ještě horší, protože 1% je pouze účinnost konverze. Z těchto vzniklých rtg fotonů ještě dalších 97% proniká do olověného stínění a pouze 3% z těchto fotonů se dostane ven z rentgenky. Celkově je tedy efektivita tvorby rtg fotonů (počítáme-li pouze ty, které se dostanou ven z rentgenky) rovna 0,01*0,03 = 0,000 3 = 0,03 %.
U CT zobrazení někoho určitě napadají myšlenky, proč by se nemohla zlepšit kvalita obrazu (myšleno prostorové rozlišení a rozlišení při při nízkém kontrastu, které je primárně ovlivněno šumem) při „mírném“ zvýšení dávky. Avšak jak je dále vidět, mírné zlepšení kvality obrazu často znamená významné zvýšení dávky.
Mezi šumem a dávkou platí následující úměrnost: 
Z tohoto vztahu vyplývá, že chceme-li snížit šum o 50%, musíme dávku zvýšit 4-krát.
Podobně je tomu s prostorovým rozlišením, které je velmi významně limitováno dávkou. Pro prostorové rozlišení platí následující úměrnost:
kde dx je velikost pixelu.
Nechť je velikost pixelu 1,0 mm, čemuž odpovídá dávka 1 (bráno relativně). Zmenší-li se velikost pixelu z 1,0 mm na 0,2 mm, musí se dávka zvýšit neuvěřitelných 125-krát! Jen pro představivost je zde vypsáno, o kolik se musí zvýšit dávka při zlepšení prostorového rozlišení pro různé úrovně prostorového rozlišení.
Změna velikosti pixelu vs.nárůst dávky:
1,1 mm ⟶ 1,0 mm… nárůst dávky o 33 %
1,0 mm ⟶ 0,9 mm… nárůst dávky o 37 %
0,9 mm ⟶ 0,8 mm… nárůst dávky o 43 %
0,8 mm ⟶ 0,7 mm… nárůst dávky o 50 %
0,7 mm ⟶ 0,6 mm… nárůst dávky o 59 %
0,6 mm ⟶ 0,5 mm… nárůst dávky o 73 %
0,5 mm ⟶ 0,4 mm… nárůst dávky o 95 %
0,4 mm ⟶ 0,3 mm… nárůst dávky o 137 %
0,3 mm ⟶ 0,2 mm… nárůst dávky o 238 %
Pro ta reálná rozlišení CT, tj. cca 1 mm platí, že každé zlepšení prostorového rozlišení o 10 %, znamená zvýšení dávky o cca 40%.
Magazín Diagnostic and Interventional Cardiology (DAIC) obsahuje v posledním vydaném číslo (květen-červen 2016) přehled většiny dostupných softwarů pro management dávek pacientů. Parametry jsou uvedeny v přehledné tabulce na stránkách časopisu (pdf verze zde), ale přehled je možné najít taktéž přímo na stránkách www.daic.com, kde si uživatel označí pouze ty softwary, které ho zajímají. Ukázka přehledové tabulky je uvedena na obr. 1 a 2. Na obr. 3 je ukázka elektronického přehledu softwarů.
Obr. 1: Malý výsek tabulky s přehledem softwarů
Obr. 2: Ukázka tabulky s přehledem softwarů
Obr. 3: Výběr softwarů z www.daic.com