Качество изображения в кардиоангиографии

Международное агентство по атомной энергииМАГАТЭ

Качество изображения Качество изображения в кардиоангиографиив кардиоангиографии

Лекция 8

Радиационная защита в кардиологии МАГАТЭЛекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии 2

Правильно или нет?Правильно или нет?

1.Качество изображения в коронарографии обычно измеряется с помощью четко определенных объективных критериев.

2.Для ренгеносъемки при коронарографии взрослых рекомендуется использование скорости съемки 30 кадров в секунду.

Радиационная защита в кардиологии МАГАТЭ3

Цели обученияЦели обучения

1. Характристики качества изображения

2. От чего зависит качество изображения в коронарографии

3. Как оценить качество изображения в коронарографии?

4. Kритерии для оценки качества изображений в кардиоангиографии

Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии


Хорошее ли качество этой съемки? Хорошее ли качество этой съемки?

[ video clip]Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии

Радиационная защита в кардиологии МАГАТЭ

• ОсноваАнгиографические изображения сердца должны позволить кардиологу оценить анатомические (а иногда и функциональные) детали, которые имеют значение для клинических решений

• Переменныетехнические характеристики системы визуализациивзаимодействие с пациентом ангиографическая техника

5Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии

Качество кардиологических изображенийКачество кардиологических изображений


Ангиографическая серия состоит из быстрой последовательности множества неподвижных изображений



Качество каждого снимка вносит свой вклад в общее качество ангиографической

серии



• Основа• Ангиографические

изображения сердца должны позволить кардиологу оценить анатомические (а иногда и функциональные) детали, которые имеют значение для клинических решений




Качество изображения (“Фотографическое") резкость контраст шум

"Содержательное" ракурс? перекрывание? очертания поражений? состав достаточность

информации?



• Достаточна ли продолжительность этой кино-серии, чтобы дать адекватную информацию?

• Не слишком ли длинная эта серия?• Есть ли ненужные кадры?

[ video clip]

cine


• Что вы думаете об этом изображении?

Слишком много деталей, из-за которых сложно понять чему нужно уделить особое внимание.

Содержание и состав



Урок:

При съемке включать только область интереса коронарная ангиограмма


Содержание и состав


3 основных параметра качества для 3 основных параметра качества для неподвижных изображенийнеподвижных изображений

• Резкость

• Контраст

• Шум

• Контраст - "для обнаружения объекта“• Резкость / пространственное разрешение -

"для характеристики объекта“• Шум - "неравномерная яркость

зернистость изображения"



Нерезкость фокусного пятнаНерезкость фокусного пятна


ТЕНЬПОЛУТЕНЬ

ОБЪЕКТ

ФОКУСНОЕ ПЯТНО

АНОД


Импульсы рентгеновского излучения генерируются в небольшой части видео-кадра. Чем уже ширина импульса, тем резче изображение.

( "Быстрее скорости затвора" в камере)



Получение медицинского изображения является процессом преобразования параметров структуры тканей в видимое изображение (оттенки серого или цветное)


Структура ткани

Пациент Изображение

Оттенки серого

Контраст


Формирование рентгеновского изображения

• Изображение ="тень”• Опирается на

различную степень ослабления излучения

• Требуется точечный источник

• Трехмерный объект в двумерное изображение (проекция)


Прямое

Рассеянное

Инт

енси

внос

ть


Контраст Контраст

• Контраст различия• Объект внутри тела будет виден на картинке

только при наличии у него достаточных физических различий по отношению к окружающим тканям.

• Контрастность изображения напрямую зависит от степени различия и выражается в• оттенках серого

• интенсивности света

• цветах



Увеличение контрастностной чувствительностиусиливает контрастность изображения и повышает видимость объектов в теле


Контрастная чувствительность

Низкая (Low) Высокая (High)


Контрастная чувствительность Контрастная чувствительность

• Относится к способности системы перевести физические различия в строении объекта в видимое изображение.

• Зависит от выбранного метода изображения, и от параметров определенной рентгеновской системы



Эффект контрастной чувствительности на видимость объектов


КОНТРАСТНАЯЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

возрастает

убывает

видимый

невидимыйВ

ид

им

ост

ь о

бъ

екта


Сжатие с частичными потерями данных



Сжатие с потерями Сжатие с потерями потеря деталейпотеря деталей

1:801:501:1Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии

Радиационная защита в кардиологии МАГАТЭ24Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии


Факторы, влияющие на контрастность Факторы, влияющие на контрастность ангиографического изображения ангиографического изображения

• Контрастность объекта• Размер сосуда• Напряжение на трубке (снижение

контрастности при > 75 кВ)• Рассеяние

• Толщина пациента вдоль оси пучка• Площадь пучка (размер экрана и коллимация)

• Световые блики на УРИ• Цифровая обработка изображений



Связь дозы и шума Связь дозы и шума

2 мкР / кадр 15 мкР / кадр 24 мкР / кадр



Взаимосвязь между качеством Взаимосвязь между качеством изображения и дозой изображения и дозой

• Обнаружение ограни-чено ШУМОМ.

• Приемлемый уровень шума зависит от ЗАДАЧИ.

• Шум • Приемлемый уровень

дозы зависит от ЗАДАЧИ


ДОЗА/1

Радиационная защита в кардиологии МАГАТЭLecture 8: Image Quality in Cardiac Angiography 28

Шум убывает

Ко

нтр

ас

тно

сть

во

зрас

тае

тПлоско-панельная технология

«Хорошо, Плохо, и Ужасно»

Ужасно Хорошо

Основные требования для обнаружения объектов на рентгенографических изображениях:• Контрастная чувствительность• Минимальный шум• Достаточная пространственная разрешающая способность

Соотношение контрастности изображения и шума (CNR) – лучшая характеристика способности обнаружения


• 3 параметра являются взаимозависимыми• Цель пригодное, но не идеальное изображение.

контраст изображения ниже кВ выше доза облучения пациента

кВ доза облучения пациента; контраст доза на приемнике доза облучения

пациента; шум в изображении

• Оптимальна комбинация параметров, которая сохраняет диагностический уровень контраста при приемлемом уровне шума с минимальной дозой облучения пациента

29

Качество изображения Качество изображения



Влияние проникающей способности рентгеновского излучения на контраст, ослабление в органах, и на дозу облучения


ПРОНИКАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ЧЕРЕЗ ТЕЛО

ЧЕРЕЗ ОБЪЕКТ ИССЛЕД.СНИЖАЕТ ДОЗУ СНИЖАЕТ

КОНТРАСТ

ПРИЕМНИК ИЗОБРАЖЕНИЯ


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Photon Energy (keV)

Rel

ativ

e in

ten

sity

Энергия пучка: Как правило, каждый рентгеновский аппарат генерирует диапазон энергий


Низкоэнергетические фотоны: высокий контраст изображения, и высокая доза в коже

Фотоны средней энергии: высокий контраст для йода и умеренная доза в коже

Высокоэнергетическиефотоны: плохой контраст изображения, но низкая доза в коже


Энергия пучка:

Цель заключается в формировании энергетического спектра пучка для лучшего контраста при минимальной дозе облучения. Улучшение спектра добавлением фильтра из 0,2 мм меди показано штрихованной линией:

Излучение средней энергии остается с целью получения наилучшего качества при минимальной дозе облучения

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Photon Energy (keV)

Rel

ativ

e in

ten

sity

Низкоконтрастное излучение с высокой энергией уменьшается использованием более низкого напряжения

Фильтрация снижает плохо проникающее низкоэнергетическое излучение



Рассеяние и световые блики Рассеяние и световые блики зависят от размера полязависят от размера поля


Рассеянноеизлучение

Сохраннееткани,

Меньшерассеяние

источник источник

Приемник Изображения

Большой размер поля

Приемник Изображения

Малый размер поля

Коллимируйте более точно.

Исключайте легкиедля уменьшения световых бликов


Доза облучения

Качество изображения



Есть ли разница в качестве Есть ли разница в качестве коронарографических коронарографических

изображений? изображений?


Число технических дефектов 153 49.6%

Число референтных снимков 32 11.4%

Недостаточное различие от фона 35 11.4%

Недостаточное различие поражений/сосудов

67 22%

Недостаточное контрастирование сосудов 48 15.6%

Недостаточнoe контрастированиe 68 22%

Неудовлетворительная процедура съемок 10 3.2%

Полностью неудовлетворительно 7 2.3%

Эпикардиальный сосуд не инжектирован 5 1.6%

N %

Типы технических недостатков в 308Типы технических недостатков в 308 киноангиограммах киноангиограммах (Leape, Am Heart J 2000;139:106-13)(Leape, Am Heart J 2000;139:106-13)


Процент неудовлетворительных Процент неудовлетворительных исследований в различных исследований в различных больницах больницах (Leape, Am Heart J 2000;139:106-13)(Leape, Am Heart J 2000;139:106-13)

В 12 из 29 клиник 50% результатов исследований имеют недостатки;

6 из них являются университетскими больницами


Страна DAP (Gy×cm2) FT (min) No. of frames

медиана среднее медиана среднее медиана среднее

Греция 38.6 46.7 5.5 7.1 1620 960

Испания 27.8 39.4 6.4 9.4 903 1596

Италия 28.2 33.5 3.0 4.2 570 610

Англия 28.2 33.5 3.0 4.2 570 610

Ирландия 33.3 37.5 3.2 4.4 580 585

Финландия 39.6 52.7 4.1 4.8 417 803

Среднее время рентгеноскопии (FT), число кадров (No) и произведение дозы на площадь (DAP) при коронарографии в некоторых европейских центрах

Neofotistou, ER 2003+ 41% + 113%

+ 288%



0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

%

Dublin % Leuven % Athens % Madrid %

LEFT-CR (+,+)

LEFT-CAU (+,-)

RIGHT-CR (-,+)

RIGHT-CAU (-,-)

Распределений проекций11.5

9.2

7.5

15.4

13.812.4

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

Udine Dublin Leuven Greece Treviso Spain

Ser

ies

Среднее число серий Данные от DIMOND 3

1000.4

1045.1

982.4

950.0

960.0970.0

980.0

990.01000.0

1010.0

1020.0

1030.01040.0

1050.0

Dublin Greece Spain

SIID

(cm

)

Средние расстояния от фокуса до приемника изображения



Стратегии оценки качества Стратегии оценки качества изображенийизображений


Стратегии оценки качества изображенийСтратегии оценки качества изображений

• Оценки, основанные на мнении наблюдателя• традиционный метод для анализа, контроль качества• "субъективный“• нечувствительный к небольшим разницам в качестве изображений

• Физические измерения• традиционно выполняемые поставщиками• “объективные“• как правило, выполняются не в реальных клинических условиях



Основаны на измерении физических параметров• системный фактор передачи К

• пространственное разрешение (MTF- функция передачи модуляции)

• квантовая эффективность детектирования (DQE)

• шумОни довольно сложны и редко применяются в ежедневной практике

Оценка качества ангиографических изображенийОценка качества ангиографических изображений Метод 1:Метод 1: Объективн Объективные физические измеренияые физические измерения..



тест-объекты или фантомы• Используются для моделирования условий

облучения тела пациента

• описывают особенности работы радиологического оборудования в конкретном рабочем режиме

оценки клинических изображений• позволяют провести оценку работы в целом,

включая участие пациента и технику проведения процедуры


Оценка качества ангиографических изображенийОценка качества ангиографических изображений Метод 2:Метод 2: Субъективн Субъективные метые методыоды


тест-объекты



Тестовые миры Тестовые миры

1-мегапиксельный цифровой детектор

Кинопленка




Согласованный экспертный документ Американского Согласованный экспертный документ Американского Коледжа Кардиологии (АКК) о радиационной Коледжа Кардиологии (АКК) о радиационной безопасности в кардиологической практикебезопасности в кардиологической практике

JACC Vol. 31, No. 4, March 15, 1998:892-913 JACC Vol. 31, No. 4, March 15, 1998:892-913 • Риски радиационного воздействия на медработников во

многих отраслях кардиологии, в том числе катетеризации, электрофизиологии, и ядерной кардиологии.

• Основы радиационной физики и радиационной биологии, а также рекомендации по снижению радиационного облучения и обеспечению безопасности оператора в случае беременности или когда беременность запланирована.

• Упор делается на принцип АLARA, и включает в себя рекомендации по обучению и обсуждение вариантов защитных средств и персональных мониторов



Заявление Американского Колледжа Кардиологии о Заявление Американского Колледжа Кардиологии о рекомендациях по структуре оптимального обучения в рекомендациях по структуре оптимального обучения в

интервенционной кардиологииинтервенционной кардиологии ProgramProgram JACC 1999; 34:2141-7JACC 1999; 34:2141-7

• Обучение получению изображений и радиационной безопасности

• Принципы получения рентгеновского изображения, количественная коронарная артериография, работа ангиографического рентгеновского оборудования, эксплуатация цифровых видео систем, радиационная биология и радиационная защита



Оценка клинических Оценка клинических коронарографическихкоронарографических

изображений изображений


Научные сообщества разрабатывают указания, чтобы

гарантировать достаточный уровень качества работы

в инвазивной кардиологии• обучение операторов

• количественные стандарты для поддержания уровня квалификации

в коронарной ангиографии или ангиопластике

• программы обеспечения качества

50

Pepine, J Am Coll Cardiol 1995;25:14–6

Miller, Can J Cardiol 1996;12:470–2

Cowley, Cathet Cardiovasc Diagn 1993;30:1–4

Heupler, Cathet Cardiovasc Diagn 1993;30:191–200

Scanlon, J Am Coll Cardiol 1999;33:1756–824

Качество в инвазивной кардиологии и Качество в инвазивной кардиологии и научные сообщества научные сообщества



Специфические проблемы достижения и

поддержания стандартов высокого качества

изображений в интервенционной радиологии

•Ответственность заведующего рентгеноперационной

•Включает периодический пересмотр ангиографических

записей

•Количественная оценка повреждений (QCA, calipers)

никогда не были поставлены точные критерии для коронарных процедур


Качество в инвазивной кардиологии и Качество в инвазивной кардиологии и научные сообщества научные сообщества


Развитие критериев качества вРазвитие критериев качества в Европе Европе

1995-1996: GISE Società Italiana di Cardiologia Invasiva (Итальянское сообщество инвазивных кардиологов) and AIFM Associazione Italiana di Fisica Biomedica (Итальянская ассоциация биомедицинских физиков)

1996–2003: Европейская объединенная акция кардиологов DIMOND (Digital Imaging: Measures for Optimizing Radiological INformation Content and Dose / Цифровые изображения: Меры по оптимизации объема рентгенологической информации и дозы)

contracts FI 4P-0042DG12-WSMN, FIGM-CT-2000-00061-DIMOND

http://www.dimond3.org/



Проекты Проекты DIMOND I, II, III DIMOND I, II, III и и SENTINEL SENTINEL (Европа) (Европа)

• Для получения дополнительной информации, обратитесь на сайт:

http://www.DIMOND3.org

• Также см. Дополнительный раздел



Критерии качества изображенийВ большинстве случаев необходимо определить важные анатомические структуры, которые должны быть видны на изображении для точной диагностики. Некоторые из этих критериев зависят главным образом от правильного позиционирования и особенностей пациента или хорошей ангиографической техники, тогда как другие отражают технические характеристики системы визуализации

Важные детали изображенияОбеспечить количественную информацию при минимальных размерах, при которых важные анатомические детали видны на изображении. Некоторые из этих анатомических деталей могут быть патологическими.

54

Диагностические требования Диагностические требования адаптированныеадаптированные от от EUR 16260 ENEUR 16260 EN




Хорошее ли качество этой съемки? Хорошее ли качество этой съемки?


Компонент 1: Клинические критерии определяются как важные анатомические особенности, которые должны быть видны на изображении; уровни визуализации: Визуализация: особенности обнаруживаются, но детали не полностью

воспроизводятся (объекты едва видны)

Воспроизведение: подробности анатомических структур являются видимыми, но не обязательно четко определены (нет детальности)

Резкое воспроизведение: анатомические детали четко определены

• Компонент 2: Технические критерии для оценки технического качества процедуры

особенности не ухудшающие содержание клинической информации (панорамирование, положение рук и т.д.)

• Компонент 3: Аспекты оптимизации ангиографических методов Цель: получить оптимизированные радиологические методы

DIMONDDIMOND:: определение терминов определение терминов



Компонент 1: Клинические критерии определяются как важные анатомические особенности, которые должны быть видны на изображении; уровни визуализации: Визуализация: особенности обнаруживаются, но детали не полностью

воспроизводятся (объекты едва видны)

Воспроизведение: подробности анатомических структур являются видимыми, но не обязательно четко определены (нет детальности)

Резкое воспроизведение: анатомические детали четко определены

• Компонент 2: Технические критерии для оценки технического качества процедуры

особенности не обязательно ухудшают содержания клинической информации (панорамирование, положение рук и т.д.)

• Компонент 3: Аспекты оптимизирования ангиографической техники Цель получить оптимизированной радиологической техники

DIMONDDIMOND:: определение терминов определение терминов



Уровень 1: Визуализация: особенности обнаруживаются, но детали не полностью воспроизводятся (объекты едва видны)



Уровень 2: Воспроизведение: подробности анатомических структур являются видимыми, но не обязательно четко определены (нет детальности)



Уровень 3: Резкое воспроизведение: анатомические детали четко определены



1) Одновременное и полное контрастирование просвета сосуда, по крайней мере до первого поражения, ограничевающего кровоток (как правило ~ 90-95% по визуальной оценке)

2) Снимать на полном вдохе, если необходимо избежать наложения диафрагмы или изменить анатомические соотношений (в любом случае с задержкой дыхания)

3) Руки должны быть подняты - подальше от поля излучения

4) Панорамирование должно быть ограничено. При необхо-димости, снимать пошагово, а не непрерывно, или делать последующие съемки для записи удаленных структур

5) Если клинические критерии 1-4 выполнены, избегать до-полнительных проекций (в основном LAO полуаксиальные)

Второй компонент: Второй компонент: Технические критерии Технические критерии



Диафрагма

[still]Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии


[ video clip]

Что является технически субоптимальным Что является технически субоптимальным в этой съемке? в этой съемке?



3-й компонент:3-й компонент: Аспекты оптимизацииАспекты оптимизации ангиографических методовангиографических методов

1) Использование клиновидного фильтра в ярких

периферийных областях

2) 2-3 последовательности (за исключением

трудных анатомических деталей)

3) 12.5-15 кадров /сек (25-30 только тогда, когда

пульс превышает 90-100 уд/мин или у детей)

4) в среднем 60 изображений в серии (12.5-15 кадров/сек),

за исключением случаев изображения коллатералей

или замедленного кровотока



Неправильное применение фильтра

[still]Лекция 8: Качество изображения в кардиоангиографии

Правильное применение фильтра


Коллатерали

98 кадров



• Попытка объективно оценить качество проведения коронарной ангиографии, используя систему оценки с предварительно определенными критериями.

• Примеры этой оценки можно найти в дополнительных слайдах

• Для дополнительной информации, http://www.DIMOND3.org

• DIMOND исследование показало различия в качестве изображения, дозе облучения и т.д. , между клиниками и между странами

67

Система оценки Система оценки DIMONDDIMOND



Качество изображения не всегда гарантировано в коронарографии

Наблюдаются большие отличия в практике различных операторов и,

в результате, уровень облучение сильно варьирует

Оценка качества изображения играет ключевую роль в оптимизации

ангиографических процедур

Оптимизация предполагает длительный процесс исследований

и аудита, в который должны быть вовлечены: научные сообщества

отдельные операторы

все сотрудники рентгеноперационных

Итоговые замечанияИтоговые замечания



ПравПравильно ильно или или нет?нет?

1. Как правило, хорошая серия снимков в коронарной ангиографии обычно состоит из не менее чем 90 кадров.

2. В Европе были созданы критерии DIMOND для объективной оценки качества изображения в коронарной ангиографии.



3. Чем больше рентгеновских фотонов доходят до приемника изображения, тем лучше контрастность изображения.


ПравПравильно ильно или или нет?нет?


Спасибо Спасибо


Дополнительные слайды Дополнительные слайды


Метод оценки качества изображения на основе критерий качества DIMOND







Клинические критерии для проекций Клинические критерии для проекций правосторонней коронарной ангиографии правосторонней коронарной ангиографии

(ПрКАГ) на основе выбора оператора (ПрКАГ) на основе выбора оператора 1. Визуально резкое воспроизведение начальнoго,

проксимального, среднего и дистального участков по крайней мере в двух ортогональных проекциях, с минимальным ракурсом и перекрытием

2. Визуально резкое воспроизведение боковых ветвей 1,5 мм по крайней мере в двух ортогональных проекциях, с минимальным ракурсом и перекрытием. Начальный участок виден по крайней мере в одной проекции.

3. Визуально резкое воспроизведение поражений сосудов 1,5 мм по крайней мере в двух ортогональных проекциях, с минимальным ракурсом и перекрытием

4. Визуализация коллатерального кровообращения, при наличии



Пример оценки качества (QS) для ПрКАГ



[ video clip]



Общий счет = 91 (фактический счет)

Максимальный теоретический счет = 96

QS = фактический/теоретический % =

= 65/88x100 = 94%


Пример оценки качества (QS) для ПрКАГ


Общая оценка (среднее и станд. отклонение)Общая оценка (среднее и станд. отклонение)15 ангио, 65 данных, 3 европейских центра 15 ангио, 65 данных, 3 европейских центра

75

80

85

90

95

100

Italy

4

Italy

3

Italy

1

Gre 4

Italy

5

Spa 2

Spa 5

Spa 1

Gre 1

Italy

2

Gre 2

Gre 3

Gre 5

Spa 4

Spa 3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

med

std dev

Linear (med)

%

AJC, 1999 (abs)


within pts variability = 0.08

Lin’s coeff = .76 (CI .67-.84)


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

-4

1

6

11

16

21

med

std dev

Linear (med)

%


Общая оценка (среднее и станд. отклонение)Общая оценка (среднее и станд. отклонение)30 ангио, 160 данных, 6 европейских центров 30 ангио, 160 данных, 6 европейских центров


хорошо (33 оценки) (ср ст.откл)

приемлимо (28 оценок) (ср ст.откл)

P

Общая оценка 96 4 93 9 0,11

Общие оценки по сравнению с субъективным мнением "хорошо" и "приемлемо"

не хватает двух случаев



проблемы, связанные с субъективной оценкой изображения ... ...


Параллельны или нет эти линии?

Утка это или кролик?


проблемы, связанные с субъективной оценкой изображения ... ...


Сколько ног у этого слона?

Здесь явные проблемы

с графическим ПО

Или с прин-тером


Что такое субъективное мнение? Что такое субъективное мнение?

ХорошееЯ получаю всю информацию, необходимую для лечения пациента, и проведение исследования мне нравится

ПриемлемыйЯ получаю всю информацию, необходимую для лечения пациентов, но исследование мне не очень нравится

НеприемлемыйЯ не получаю информации, необходимой для лечения пациента, и исследование мне не нравится



Замечания Замечания Метод, основанный на критериях качества,

применим к коронарной ангиографииХорошая воспроизводимость Оценка клинической приемлемости кажется

улучшеной по сравнению с субъективным мнениемМетод позволяет проводить систематический и

стандартизованный анализ изображенийНе требуется специальной подготовки (но это

может улучшить согласование)


Documents

Качество изображения в кардиоангиографии