1. Nieuwe ontwikkelingen in digitale thoraxradiologie: beter voor de pati谷nt? postgraduaat radiologie PRVU 18 dec 2008 Wouter J.H. Veldkamp Departments of Radiology, Leiden University Medical Center, Leiden, The Netherlands
2. Inleiding: de thoraxopname De thoraxfoto is het meest uitgevoerde diagnostische r旦ntgenonderzoek. Het is van grote waarde in het oplossen van een groot aantal medische vraagstellingen Overprojectie van een groot aantal organen en weefsels, zoals de longen, vaten en de ribben, geeft een beperking in de diagnostische mogelijkheden De zeer sterk r旦ntgenstraling verzwakkende ribben bedekken een aanzienlijk deel van de longen De thoraxopname wordt uitgevoerd met een relatief hoog energetisch r旦ntgenspectrum. Dit leidt tot min of meer 'doorzichtig' afgebeelde ribben in de thoraxfoto Effective dosis: +/- 0.04 mSv -> 1% van een CT-scan
4. Inleiding: van film-scherm naar digitale thoraxopnamen Verschuiving film-scherm digitaal Digitaal: Aanvankelijk scepsis over beeldkwaliteit Prestaties zelfde of beter Voordelen digitale technieken Technisch verschillende digitale systemen
5. Digitaal versus conventioneel Dynamisch bereik: Range van exposiewaarden waarbij nog goed afgebeeld kan worden Hoe groter hoe beter: (met zeer kleine/grote verzwakkingsverschillen nog bruikbare opname) Digitaal Digitaal: veel groter dynamisch bereik dan FS (latitude) 300% FS
6. FS Digitaal Digitaal DR: groter dynamisch bereik Beter contrast V 84 j Vergelijkbare dosis FS en digitaal:
7. 100% FS opnamen digitale opnamen Courtesy: W. Teeuwisse Digitaal versus conventioneel 50% 25% 150% 225% 300%
8. Kroft LJM, Geleijns J et al, Radiology 2004; 231:156-163. (Opgetelde scores 6 radiologen) Voordeel Digitaal vs FS: met name verbeterde zichtbaarheid mediastinum bij vergelijkbare dosis Digitaal versus conventioneel 119 227 mediastinum 331 347 lungs FS Digital
9. Schema digitale detector systemen Indirecte uitlezing: computed radiogr (CR) 2. Directe uitlezing: direct radiogr (DR) a. Directe conversie: Selenium b. Indirecte conversie: Scintillator (GOS/ CsI) Verschillende digitale systemen
10. 8 dig thoraxsystemen zelfde fantoom Kroft LJM, Veldkamp WJH et al, AJR 2005;185:339-346. Digitaal systemen: dosis loopt uiteen Verschil in lesie detectie, verklaard door ontwerp detectoren Wat is nu optimale dosis? Verschillende digitale systemen Vergelijk digitale systemen: dosis en lesiedetectie
11. 100% 50% 25% 12% 1b Dosis-reductie en diagnostiek Dosis en beeldkwaliteit: digitale systemen
13. Dosisreductie - lesie detectie 20 patienten met normale PA fotos Digitaal noduli in het beeld aangebracht Afdrukken in 100%, 50%, 25%, 12% 4 radiologen gescoord Kroft LJM, Veldkamp WJH et al, Radiology Opgetelde scores 100% 12% Noduli gezocht? Terughoudend omgaan met dosisreductie! Dosis en beeldkwaliteit: digitale systemen
14. Nieuwe ontwikkelingen digitaal Lager kV voor verbeterde beeldkwaliteit Dual energy subtraction radiography Tomosynthese Computer Aided diagnosis
15. Uffmann M et al, Radiology 2005; 235:642-650. PA opnamen Zelfde effective dose Observer preference (5) Visibility scores anatomic structures 1e keuze kwaliteit 88% beelden (42/48 pat) 1e keuze = 90 kVp Lager kV voor verbeterde beeldkwaliteit Digitaal: geen relatie exposie-contrast en OD Laag kV verbeteren contrast door hogere x-ray verzwakking
16. Dual energy subtractie techniek 120 kV 1mm Cu = standaard beeld 60 kV selectief weke delen beeld selectief bot beeld 1 2 3 Kuhlman JE et al, Radiographics 2006; 26:79-92 Tijd tussen 2 opnames: enkele tienden van seconden
17. Dual energy Klinische studies wijzen op voordelen Dual energy: Beter onderscheid tussen verkalkte en niet verkalkte lesies Verbeterde detectie van nodules, m.n. bij de ribben
20. Dual energy Nadelen: Extra hardware nodig Meer ruis Bewegingsartefacten Hogere dosis (+/- factor 2 hoger dan enkele PA-opname)
21. Alternatief voor dual energy: Rib-onderdrukking mbv beeldbewerking Work in progress: Wouter J.H. Veldkamp Lucia J.M. Kroft Bart J.A. Mertens Jacob Geleijns LUMC
25. Temporal subtraction Klinische studies wijzen op voordelen Temporal subtraction: Verbeterde detectie van nodules Verbeterde detectie van infiltraten Nadelen: Misregistratie artefacten Klinisch gebruik: vooralsnog alleen in Japan
28. Vrouw van middelbare leeftijd met een geschiedenis van borstkanker. Tomosynthese (a, b) toont een long nodule. Mc Adams HP et al, Radiology 2006
29. Man van middelbare leeftijd. Tomosynthese (b, c) toont een long nodule die slecht zichtbaar is op standaard foto vanwege overprojectie van vaten. Mc Adams HP et al, Radiology 2006
30. Tomosynthese Voordelen: Eerste (kleine) studies tonen significant betere weergave van long-nodules en anatomie Nadelen Extra hardware Bewegingsartefacten Hogere dosis (factor 4) Klinisch gebruik: Nee (GE heeft Beta versie)
32. Computer Aided Diagnosis Voordelen Studies tonen toename in sensitiviteit m.b.t. kleine nodules (5-15 mm) Afname in inter-observer-variabiliteit Nadelen CAD geeft nog veel fout-positieven Work in progress! Commercieel CAD systeem: Riverain medical
33. Conclusies Digitale thoraxradiografie biedt vele voordelen boven film-scherm radiografie, waaronder verbeterde diagnostische kwaliteit De introductie van nieuwe technieken (CAD, Tomosynthese, Dual Energy, Temporal subtraction) geeft grote mogelijkheden tot verdere verbetering van diagnostiek Technieken dienen echter verder ontwikkeld te worden en validatie op grotere schaal is gewenst
34. Digitale thorax radiography is een tijdseffici谷nt en goedkoop onderzoek van lage dosis en goede diagnostische kwaliteit Optimalisaties en innovaties in deze techniek zullen de diagnostische mogelijkheden verder verbeteren Zodoende zal de techniek een sterk (ethisch verantwoord) alternatief blijven vormen voor CT
Editor's Notes
#5: Van conventionele naar digitale radiografie. Eigenlijk zou de titel moeten luiden: van traditionele of film-scherm naar digitale radiografie. Beide zijn het conventionele methoden in de zin dat het projectie radiografie is itt de cross-sectionele methoden zoals CT en MRI.
#6: Digitale technieken hebben een veel groter dynamisch bereik dan film-scherm technieken. Dynamisch bereik komt neer op de range van exposiewaarden waarbij nog een goede afbeelding wordt verkregen. Hoe groter het dynamisch bereik hoe beter omdat nog met zeer kleine en zeer grote weefselverzwakkingverschillen een bruikbare opname gemaakt kan worden. Dynamisch bereik is (definitie) de verhouding tussen de maximale en minimale intensiteit die nog weergegeven kan worden. Komt neer op range van exposiewaarden waarbij nog goed afgebeeld kan worden. (geen densiteit zeggen, digitaal = intensiteit, densiteit is een term die bij FS hoort ihkv OD) ( Film latitude = exposie variatie die mogelijk is waarbij een goede afbeelding kan worden verkregen)
#7: Hier ziet u een voorbeeld van het grotere dynamisch bereik van digitale opnamen vergeleken met FS opnamen bij dezelfde patient. Ook al is de belichting op zich goed bij de FS opname dan is toch het contrast beter bij de digitale opname. U ziet dat bij vergelijkbare dosis de regio van de wervelkolom en bv de schouderregio beter worden afgebeeld met de digitale techniek dan met de FS techniek. Een van de consequenties van groter dyn bereik: meer densiteitsverschillen (weefselverzwakking) zichtbaar afgebeeld dus beter contrast.
#8: Wat hier niet los van gezien kan worden is wat dosis doet met de optische densiteit van de opname. Bij FS systemen is de optische densiteit afhankelijk van de mAs waarde. Je moet je mAs waarde dus goed kiezen om geen over of onderbelichting te krijgen. Dit is niet zo bij digitale technieken. Door het beter dynamisch bereik kan ook met heel lage en heel hoge intensiteiten nog een bruikbare opname worden gemaakt. Bij alle doses is de belichting goed, met postprocessing technieken kan dit altijd goed worden weergegeven.
#9: Diverse studies hebben aangetoond dat het grote voordeel van digitale systemen zich met name uit in een verbeterde afbeelding van de mediastinale gebieden, eigenlijk alle densere gebieden. Dit is een studie waarin we bij een fantoom hebben gekeken naar de detectie van lesies in de thorax. Hier ziet u een voorbeeld van de lesies die we erin hebben verstopt. Het bleek dat met het digitale systeem bijna het dubbele aantal lesies werden gezien vergeleken met de FS techniek. Voor de over de longen projecterende lesies was er tussen beide technieken geen significant verschil.
#10: Digitale radiografie detectoren Er is een basaal onderscheid tussen de digitale systemen en dat is CR en DR. CR systemen zijn de fosforplaatsystemen en worden indirect (later) uitgelezen. DR systemen zijn de direct radiography systemen en worden direct uitgelezen. Deze DR systemen kunnen worden onderverdeeld in systemen met directe conversie en systemen met indirecte conversie. CR systemen zijn wat oudere systemen en worden als digitaal alternatief aan bed gebruikt, maar nu zijn er ook digitale DR systemen die aan bed gebruikt kunnen worden.
#11: Dosis Het blijkt namelijk dat de dosis van digitale systemen zoals ze gebruikt worden in de kliniek onderling verschillen in dosis, en dat als je gaat kijken naar detectie van lesies, dit wordt verklaard door het verschil in detectoren, en niet zozeer door de dosis. Dus wat is dan de optimale dosis?
#12: Same slide, with dose percentages. Er is wel degelijk dosisverschil. De laatste foto is bijvoorbeeld maar met 12% van de uitgangs dosis genomen. Zelf hebben we wel een pilotstudie verricht.
#13: Same slide, with dose percentages. Met name in de dense structuren zoals bot is het verschil in dosis te herkennen. Het zal voor iedereen te zien zijn dat de 12% dosis meer ruis bevat dan de hogere dosis opnamen. Het verschil tussen met name de 50% en 100% dosis is lastiger.
#14: Als je systematisch gaat kijken wat het effect is van dosisreductie blijkt dat je voor de longen genoeg hebt aan een lage dosis. Voor het mediastinum neemt detectie van lesies al bij 50% fors af te nemen. Met lagere dosis werden veel minder lesies gezien. Conclusie van het onderzoek is dan ook dat als naar noduli wordt gezocht (bv detectie van metastasen), terughoudend moet worden omgegaan met dosisreductie ivm afnemende detectie van over het mediastinum projecterende lesies.
#15: Nieuwe ontwikkelingen in de digitale thorax radiografie Tot slot nieuwe ontwikkelingen aanstippen. Interessante ontwikkelingen binnen de digitale radiografie zijn o.a. het gebruik van lager kV voor verbeterde beeldkwaliteit [7], verbeterde zichtbaarheid van afwijkingen met dual-energy subtraction chest radiography [8], en de ontwikkeling van photon counting detectoren [9].
#16: Bij conventionele FS radiografie zijn hoge kV settings nodig om voldoende penetratie door de ribbenkast en de mediastinale structuren te krijgen. Door conventies zijn deze parameter settings bij de digitale methoden overgenomen. Omdat er bij digitale radiografie geen directe relatie tussen exposie enerzijds en beeldcontrast en optische densiteit anderzijds is, is er mogelijkheid om opnamen met lager kV te maken dan bij FS radiografie. Dit is getest in een observer preference studie inderdaad de 1e keuze meestal uitviel voor de lage kilovoltage dosis 90kVp dosis vergeleken met de 121 en 150 kV doses, en dat het verschil voor de meeste structuren ook significant bleek te zijn. Het effect was wel sterker bij de normaal postuur patienten (tot BMI 26) dan bij dikke patienten. Een ander nadeel bij dikke patienten was dat de exposietijd in enkele gevallen toenam tot meer dan 20 ms hoewel de verlengde exposietijd niet tot bv blurring door beweging leidde (tot 20 ms is richtlijn Europese Kwaliteitscriteria voor diagnostische radiologie).
#17: Bij het dual exposie systeem worden 2 opnamen gemaakt, een met 60 en een met 120 kV. Het hogere kV exposie opname wordt gebruikt als standaard beeld. 200 ms delay tussen de exposies waardoor bewegingsartefacten kunnen optreden. De dual techniek wordt het beste als trio format afgebeeld waarbij de beeldan naast elkaar staan voor vergelijk of waardoor je doorheen kunt scrollen. Alleen gebruikt bij PA opnamen; voor laterale opname 4-6 x zo hoge dosis nodig als PA opname, extra lage kV opname PA only leidt slechts tot ongeveer 14% dosisverhoging. Er zijn 2 typen dual energy systemen beschikbaar, een single exposie systeem en een dual exposie systeem. (Bij het single exposie systeem wordt er 1 exposie gegeven op 2 storage phosphor plates die door een koper filter zijn gescheiden. De voorste plaat ontvangt de hele dosis en hiermee wordt het standaard beeld verkregen. De 2e plaat onvangt alleen de hogere energie fotonen omdat een deel al is uitgefilterd door het koperfilter. De beelden worden gecombineerd tot bot-selectieve of wekedelen-selectieve opnamen. Nadeel: lagere SNR van wekedelen-selectieve subtractiebeeld). Omdat bij het single exposiebeeld een lagere SNR wordt verkregen voor het wekedelen-selectieve subtractiebeeld zal ik me hier richten op het dual exposie systeem. Bij dual energy techniek worden er twee opnamen gemaakt, een met hoge stralingskwaliteit en een met lage stralingskwaliteit De informatie van beide beelden wordt gecombineerd, er worden een soort subtractiebeelden gemaakt waarbij bv de wekedelen of botten beter kunnen worden uitgelicht. Information from the high-energy image (110-150kVp) is combined with information from the low energy image (60-80kVp) to generate bone and soft-tissue images. 120 +Cu je filtert de lage stralingskwaliteit er uit. Bij 60 kV wil je juist een groot verschil met 120 + Cu. Interne filtratie al genoeg bij 60 kV.
#25: Een variatie op dit thema is de temporele subtractie. Dit is eigenlijk de geautomatiseerde versie van wat de radioloog nu visueel doet bij vergelijk met oude fotos.
#31: Nieuwe ontwikkelingen in de digitale thorax radiografie Tot slot nieuwe ontwikkelingen aanstippen. Interessante ontwikkelingen binnen de digitale radiografie zijn o.a. het gebruik van lager kV voor verbeterde beeldkwaliteit [7], verbeterde zichtbaarheid van afwijkingen met dual-energy subtraction chest radiography [8], en de ontwikkeling van photon counting detectoren [9].
#33: Nieuwe ontwikkelingen in de digitale thorax radiografie Tot slot nieuwe ontwikkelingen aanstippen. Interessante ontwikkelingen binnen de digitale radiografie zijn o.a. het gebruik van lager kV voor verbeterde beeldkwaliteit [7], verbeterde zichtbaarheid van afwijkingen met dual-energy subtraction chest radiography [8], en de ontwikkeling van photon counting detectoren [9].
#34: Take home message Bij traditionele radiografie vertaalt de mate van exposie zich in de optische densiteit van de foto, bij digitale radiografie in de signaal/ruis verhouding. Er is een grote verscheidenheid aan technisch verschillende digitale radiografie systemen commercieel verkrijgbaar. Digitale thoraxradiografie biedt vele voordelen boven traditionele film-scherm technieken, waaronder verbeterde diagnostische kwaliteit.
