Dijital Radyoloji...•Yapay zeka ve dijital görüntü işleme tekniklerinin birlikte...

Dijital Radyoloji

Prof.Dr.Nail Bulakbaşı

Yakın Doğu Üniversitesi Tıp Fakültesi

Radyoloji Anabilim Dalı

Öğrenim hedefleri

• Dijital Radyografi • DR sistemleri

• CR sistemleri

• Dijital floroskopi

• Bilgisayar destekli tanı

• DICOM

• PACS

• Teleradyoloji

Amaç

Neden Dijital?

• Radyasyona konvansiyonel filmin yanıtı sigmoidal (KE) iken dijital sistemlerin yanıtı lineerdir. • Daha geniş dinamik aralık

• Tekrar çekim azalma

• Daha iyi kontrast çözünürlük

• Daha gelişmiş latitude.

OD

1

2

3

4

0,3 0,9 2,1 3,3

Log rölatif ekspojur

1,5 2,7

İkilik düzen (Binary=Bit)

İkilik düzen (Binary=Bit)

Görüntü dijitalizasyonu

• Uzaysal (Spatial) dijitalizasyon: • Piksellerden bir matriks

oluşturulur

• Pixel = Picture x Element

• Voxel = Volume x Element

• Analog dijital çevrim (ADC) • Her bir piksel için analog

sinyalin dijitalize edilmesi

Uzaysal (Spatial) dijitalizasyon

Kaç tane piksel gerekli ?

• Standart TV matriksi 512x512

• İyi görüntü için TV’deki 512 sıranın her biri için 512 piksel yaratmak gerekir: 512 piksel/sıra

• Yeni sistemlerde 1024 piksel/sıra (hi-res)

Analog dijital çevrim (ADC)

• Örnekleme oranı (sample/sn) – frekans

• Örnek başına bit sayısı (12 bit/sample gibi)

• Bit sayısı (n) = 2n level (12 bit=4096 level)

0 1 1 0 1 1 1 0 0 1

Analog dijital çevrim (ADC)

Dijital görüntü oluşumu

Analog dijital çevrim (ADC)

Dijital radyografi yöntemleri

CR Fosfor plakalar

DR

Doğrudan dönüştürme

Amorf selenyum

Dolaylı dönüştürme

Sintilasyon TFT

Sintilasyon CCD/CMOS

CR-Bilgisayarlı radyografi

•İmaj reseptörü:

•Işınla uyarılabilir fosfor ekran

•Işın güçlendirici ekran (screen/ranforsatör) ile benzer yapıda

•Baryum Florohalid (BaFI, BaFBr, BaFCl)

•Europium – Aktivatör (elektron sağlayıcı)

CR akışı

Kaset Çekim Okuma Silme

“Flat Panel” CR

F – Merkezi (Ara Bant) (Yasak Alan)

X-ışını

Kondüksiyon Bandı

Valens Bandı

e- e- Eu+3 Eu+2

Baryum florohalid: Eu+2 enerji band yapısı

Eu+2 Eu+3

Kondüksiyon Bandı

Valens Bandı

e- Neon-Helyum Laser

Foton

Işınçoğaltıcı tüp (Photomultiplier)

Sinyal

ADC

CR Okuma

CR Bulanıklaşması

DR-Dijital radyografi

DR-Dijital Radyografi

• Latent görüntü oluşumu ile okuma ve dijitasyonun bir arada olduğu sistemler

Amorf Silikon + TFT

Fill Factor = Doluluk Oranı

Doluluk oranı

Dolaylı / Doğrudan dönüştürme

Seibert JA. Applied Radiology 2009 May:21-29

Doğrudan dönüştürme (Amorf Selenyum)

Elektrod

Cam Substrat

Fotodiyot Transistor-TFT

Fotoiletken - +

Amorf

Selenium

a- Se

ADC

Sinyal

Doğrudan dönüştürme-DR Görüntü oluşum basamakları

- - -

- + +

+ +

Dolaylı dönüştürme Sintilasyon-TFT

Cam Substrat

Fosfor

Gd2O2S:Tb

CsI:Tl

X-Işını

Fotodetektör (Fotodiyod)

ADC Sinyal

Transistor-TFT

Dolaylı dönüştürme Sintilasyon-TFT

CCD (Charged Couple Device) kamera

Sintilatör

Görünür

Işık

X-Işını

Optik odaklama

Fotosit

Silikon CCD

(Charge

Coupled

Device)

Dolaylı dönüştürme Sintilasyon-TFT

Fotosit

Silikon

Fotosit

Silikon

Fotosit

Silikon

ADC Sinyal

Dijital floroskopi

Dijital floroskopi

• DSA ve floroskopik çalışmalarda kameraya uygun ışık seviyesinin gitmesini sağlayan elektronik apertur bulunur

• Dijital işlemci

• Yüksek kaliteli görüntü ve “road mapping”

Dijital floroskopi

• Kamera özellikleri:

• QM eklenmesin diye düşük elektronik noise

• Genelde yüksek çözünürlüklü (10242)

• CCD en sık kullanılan yöntem

• Aktif matriks TFT

• CMOS

DSA: Mask çıkarım modeli

DSA: Zaman çıkarım modeli

Dual Enerji

Dual Enerji

Bilgisayar destekli tanı

• CAD (Computer-Aided Diagnosis)

• Radyografi, mamografi, BT, MRG ve US görüntülerinin radyologca hızlı ve doğru değerlendirilmesine yardımcı olan programdır.

• Yapay zeka ve dijital görüntü işleme tekniklerinin birlikte kullanımını gerektirir.

• Tipik uygulamaları • Mamografi ve MRG’de meme ca saptanması

• BT kolonoskopide polip saptanması

• AC BT’de tümör saptanması ve hacim takibi

Bilgisayar destekli tanı

Bilgisayar destekli tanı

• İşlem öncesi • Artefaktların azaltılması

• Görüntü noise’nun azaltılması

• Harmonizasyon

• Segmentasyon • Farklı dokuların otomatik ayrımı

• Anatomik veri tabanı/atlasla eşleme

• Yapısal analiz • Bütünlük,şekil, boyut, hacim, yerleşim

• Ortalama gri düzeyi analizi

• ROI içindeki yapıların gri düzey haritalaması

• Değerlendirme (Olasılık hesabı) • En yakın komşu kuralı

• En yakın mesafe kuralı

• Cascade sınıflama

• Bayesian sınıflama

• Çok katmanlı algı (Multilayer perception)

• Radyal tabanlı fonksiyon ağı (RBF)

• SVM

Volume: 239.75 (mm3)

Extents (x, y, z): 11, 12, 7 (mm)

Length, Width, Height

Oylum artışı

+24%

İlk çekim İzlem çekimi; 4 ay sonra

Images ©1999, ELCAP Lab, Medical College of Cornell University

Pulmoner nodül analizi

Gereksinim ve hedef

PACS Kalite

Hız Depo

İletim

PACS nedir?

• Picture Archiving and Communications System

• PACS aşağıdaki işlemlere elektronik ortam (bilgisayar ve ağ) sağlar: • Dijital modalitelerden görüntü alır (DICOM formatı)

• Görüntüleri PC ve WS dağıtır

• Ekran üzerinde raporlama

• Depolama (kısa ve uzun dönem)

• İletim (diğer PACS dışı alan)

Neden PACS ?

• Daha etkin işakışı: • Teknisyenler işlerinin %50’ni film toplamakla geçirir

• ÇKBT gibi binlerce kesitin filmle değerlendirilmesi zordur

• Daha hızlı tıbbi hizmet: • Çekim biter bitmez görüntüler değerlendirme için hazır

• Uzaktan klinisyenle konsültasyon olası

• Daha ekonomik: • Film kaybı ortadan kalkar

• Üretkenlik artar

• Tekrar basımlar azalır

• Dijital ortamda kayıt ve rapor

PACS bileşenleri

• Ağ • Veri toplama / dağıtma / iletim

• Sunucu • Veri tabanının kontrol ve

devamlılığını sağlar

• Arşiv (ikincil depolama) • Kısa süresi (günlük görüntüler)

• Uzun süreli (arşiv)

• İş istasyonları • Okuma ve raporlama

PACS için bilinmesi gerekenler

• 1 K x 1 K = 1 M (örnek, 2K x 1.5 K = 3 M)

• 1 K x 1 M = 1 G (Gig),

• Dijital görüntü = “piksel”lerin “matriks”i

• Her piksel grilik düzeyini ifade eden bir ikili (binary) değer içerir

• 1 veya 2 byte/piksel • Bir: (US, NT)

• İki: (BT, MR, DR)

Örnek

• 4-yönlü DR: • 2K x 2.5K matriks: 2K x 2.5K = 5 Mega Piksel (MP)

• 5 MP x 2 byte/piksel = 10 Megabyte (MB)/Görüntü

• 4 görüntü x 10 MB/görüntü = 40 MB/Çalışma

• Ortalama BT (300 imaj): • 512 x 512 matriks: 0.5K x 0.5K = 0.25 Mega Piksel

• 0.25 MP x 2 byte/piksel = 0.5 Megabyte/kesit

• 300 kesit x 0.5 MB/kesit = 150 MB/çalışma

• Geniş BT (1200 imaj): • 0.5 Megabytes/kesit

• 1200 kesit x 0.5 MB/kesit = 600 MB/çalışma

Ağ

• “İletişim” sorumlusu: • Görüntülerin toplanması/dağıtımı/iletimi

• Tamamen yerleşik standartlar ile çalışır

• Ağ donanımı: • Eternet: 10- veya 100-Base T

• Gigabit (1000Base-T) & Fiber kablolar “kan damarları”

• Protokol ve yazılım: • Ağ protokolü: TCP/IP (The Internet Standard)

• Görüntü formatı: DICOM 3.0 (anahtar)

Örnek

• Ortalama BT (150 MB) 100-Base T • 100 Base-T: max 100 Mbit/sn (60 ortalama)

• 150 Mbyte x 8 bit/byte = 1200 Mbit

• 1200 Mbit / 60 Mbit/sn = 20 seconds

• Geniş BT (600 MB) 100-Base T • 100 Base-T: max 100 Mbit/sn (60 ortalama)

• 600 Mbyte x 8 bit/byte = 4800 Mbit

• 4800 Mbit / 60 Mbit/sn = 80 sn (kahrolabilirsiniz )

Sunucu

• 5 yıl veya daha uzun sürelik veri bankasını içermeli

• Kullanılan birimin ihtiyaçlarına göre gerekli hacim ve hıza sahip olmalı

• Farklı görevler için farklı sunucular olabilir

• Aynalı “mirrored” sunucuların olması veri tabanının güvenliği için önemli

Kısa süreli (yakın) arşiv

• Günlük (ve bağlantılı eski) çalışmalar için

• Hızlı bilgi akışını gerektirir: bir çalışma seçildiğinde saniyeler içinde görüntülenmelidir

• En sık kullanılan mimari: • RAID 5 (Redundant Array of Independent Disks)

• Genelde 3-4 haftalık kısa dönem depolama gerektirir

• ~1 yıllık kapasite tercih edilir (eskilere hızlı erişim)

• Burada önemli olan eder/performans ilişkisidir

Uzun süreli (uzak) arşiv

• Özellikleri: • Hız kritik unsur değil (veriler önceden çekilir = pre-fetched)

• İki bölgede kopya olmalıdır (JCAHO, HIPAA)

• En az 5 yıllık kapasite gereklidir

• Tipi eder/hız ilişkisine bağlıdır

• Arşiv teknolojileri: • Sabit disk tabanlı: En hızlı, en pahalı

• DVD: Orta hızlı, orta pahalı

• Teyp (DLT, LTO, etc): Ucuz ama yavaş

• “Off-site” arşiv: Servis sağlayıcı

Örnek

• İş hacmi: • BT: 40,000 işlem x 150 MB/işlem = 6 Terabyte

• Radyografi: 75,000 x 40 MB/işlem = 3 Terabyte

• Diğerleri: 1 Terabyte

• Toplam: 10 TB/yıl

• Arşiv gereksinimi: • 5 yıl x 10 TB/yıl = 50 Terabyte

• Not: • 50 TB = 51,200 Gigabyte !!

• 50 TB = 52,428,800 Megabyte !!

İş istasyonları

• Okuma/değerlendirme

• En son teknoloji PC

• Tanı: 2-4 monitör

• 3.-5. renkli monitör

• Yüksek çözünürlük: • Radyografi için 2K x 1.5K

• Mamografi için 2K x 2.5K

• Yüksek parlaklık oranı • 10 bit/piksel (1024 gri düzey)

• 700 cd/m2 (70-120 BT mönitöründe)

DICOM

• Digital Imaging and Communications in Medicine

• DICOM standartları komitesince belirlenir

• Tıbbi görüntülerin toplanması, arşivlenmesi, basımı ve iletimi için tanımlamış standarttır

• File format ve iletişim protokollerini de içerir

• TCP (Transmission Control Protocol) / IP (Internet Protocol) protokolünü destekler

• Farklı üreticilerin ürettiği tarayıcı, sunucu, iş istasyonu, baskı makinesi, ağ donanımlarının PACS’a bağlanmasını ve bir arada uyumlu çalışmasını sağlar

Teleradyoloji

TR

Eğitim

Hizmet

Destek Araştırma

Veri bankası

Teleradyoloji

Teleradyoloji

Tele tıp

Tele tıp

Tele tıp

Tele tıp

OP 2000

• Görüntü derinliğinin 12 bitten 14 bite çıkarılması aşağıdakilerden hangisine neden olur?

a)Görüntü kalitesi artar

b)Görüntü kontrastı artar

c)Uzaysal çözünürlük artar

d)SNR artar

e)Gri ton sayısı artar

Soru 1

• Direk dijital çevrimde aşağıdakilerden hangisi kullanılır?

a)Amorf silikon

b)Sezyum iyodür-talyum

c)Amorf selenyum

d)Gadolinyum dioksisülfit

e)Sezyum iyodür-sodyum

Soru 2

• X ışınını ile etkileşerek görünür ışını çoğaltarak oluşturan yapıya ne denir?

a)Sintilatör

b)Fotodiyot

c)Sensitometre

d)TFT

e)Screen

Soru 3

• Hangisi PCAS’ın kazançlarından biri değildir?

a)Film kaybı ortadan kalkar

b)Üretkenlik artar

c)Çekim süresi kısalır

d)Tekrar basımlar azalır

e)Dijital ortamda kayıt ve rapor

Soru 4

• PACS’da hızı belirleyen en temel faktör hangisidir?

a)Ağ yazılımı

b)Bağlantı sayısı

c)Bağlantı tipi

d)Ağ donanımı

e)Uzak arşiv hızı

Soru 5