Otimização da dose e da qualidade da imagem em mamografia digital

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1 Otimização da dose e da qualidade da imagem em mamografia digital Claudio Domingues de Almeida IRD/CNEN claudio@ird.gov.br

2 Atualmente, existem dois métodos de catura de imagem utilizados na mamografia digital. Mamografia digital direta, DR Mamografia digital comutadorizada, CR

3 Em 009, o trabalho de Coutinho mostrou a tendência de doses elevadas nos sistemas com digitalizador CR. Comarado com o sistema filme-écran, o sistema CR usou 0% mais dose na mama e o sistema de Radiologia Digital, DR, usou 50% menos.

4 PIXEL REGIÃO DE INTERESSE ROI VALOR MÉDIO DE PIXEL VMP DESVIO PADRÃO - DP SOFTWARE IMAGEJ

5 Nos sistemas digitais, o contraste na imagem é afetado elo ruído que, deende da dose de radiação na mama. A caacidade de detectar as lesões ode ser melhorada através do aumento dos valores de dose uma vez fixada a qualidade do feixe de raios X. O arâmetro que melhor descreve a caacidade de detecção é a Razão Contraste-Ruído, CNR CNR VMP A DP A VMP DP B B VMP Valor médio de ixel DP Desvio adrão Diminuindo o ruído

6 Razão Contraste Ruído, CNR CNR relativa a esessura de 50 mm Protocolo Euroeu Esessura (mm) CNR relativa (%) PMMA MAMA 0 1 > > > > > > > 90

7 Produção da imagem Tubo de Raios X ALVO (Anodo) Molibdênio (MO) Ródio (Rh) Tungstênio (W) Esectro de Raios X FILTRO: Mo, Rh Voltagem do Tubo: kv Mama: Esessura e glandularidade Exosição: mas Grade Recetor de Imagem CONTRASTE RUÍDO

8 O número de equiamentos de mamografia digital vem aumentando no Brasil, o sistema CR é maioria; assim, já se ode considerar de grande imortância à imlantação de rocessos de otimização da qualidade da imagem e da dose.

9 As condições ideais de oeração do sistema de mamografia digital deve ser estabelecida ara garantir imagens clínicas com qualidade ara o diagnóstico doses que não ultraassem os níveis de referência

10 Instrumentação ara os Testes de controle de qualidade e dosimetria (DGM) medidas: Rendimento do mamógrafo e Camada Semi-redutora CSR Linearidade da resosta do detector Ruído relativo Razão Contraste Ruído, CNR Limiar de resolução e contraste CNR ALVO

11 Dosimetria do mamógrafo Tem objetivo de determinar o rendimento do mamógrafo ara calcular o kerma no ar de entrada (Ki) e a dose glandular média (DGM) na mama. Medida do rendimento Tubo de Raios X mgy/mas DFC Colimador adicional Esectro de Raios X colimado realizada ara cada combinação kv ANODO - FILTRO Câmara de ionização em uma determinada distância - DFC Recetor de Imagem

12 Rendimento do mamógrafo em uma determinada distância do foco-câmara Rendimento (mgy/mas) kv Combinação anodo/filtro Mo/Mo Mo/Rh Rh/Rh 5 0, ,1389 0, ,1579 0, ,1780 0,1498 0, ,1684 0, , ,1784

13 Kerma de entrada no ar na suerfície da mama K i (mgy) Ki R. d FC /( d FB emama ). mas R - Rendimento (mgy/mas) D FC - Distância Foco-Câmara D FB - Distância Foco-Bucky e - esessura da mama Dose Glandular Média, DGM (mgy) DGM Ki. g. c. s K i - kerma de entrada S - fator ara combinação anodo/filtro g - é o coeficiente de conversão de K i ara DGM em uma mama com 50% de glandularidade, c - é o coeficiente que corrige a DGM ara comosições de mama diferentes de 50%. (Dance et al., 000). PADRÃO MAMÁRIO quase que inteiramente substituídas (< 5%) - com densidades fibroglandulares esarsas (entre 5 e 50%) 3 - heterogeneamente densa (entre 51 e 75%) 4 - extremamente densa (> 75%).

14 VMP Linearidade da Resosta do Detector PMMA: 45 mm kv: 8 Anodo: Mo Filtro: Mo mas Kerma de entrada no ar na suerfície do cassette (mgy) Ln Ki VMP DP Linearidade do detector y = 41,94x + 00,7 R² = 0, ,0,0 4,0 6,0 8,0 Ln Ki 8 9,7, ,1 16 1,1 3, ,4 3 44,8 3, , ,5 4, , ,7 4, , ,6 5, , ,3 5, , , 6, 804 4,8 Limite aceitável ara R : > 0,99

15 VMP Linearidade da Resosta do Detector Para os sistemas CR, a relação é não-linear, devido ao ré-rocessamento. 8 kv Mo/Mo a b R 0, y = a x - b R² = 1 VMP VMP EXP a b ,0,0 4,0 6,0 8,0 Ln(Ki) DP DP xvmp a valor médio de ixel linearizado - VMP desvio adrão linearizado - DP

16 Ruído Relativo O ruído é constituído or três comonentes: o ruído eletrônico, o ruído estrutural e o ruído quântico, k e k q k S σ é o desvio adrão dos valores de ixel dentro de uma ROI com uma exosição uniforme e um valor médio de ixel, e k e, K q e k s são os coeficientes que determinam a quantidade de ruído eletrônico, quântico e estrutural em um valor de ixel. Ruído Relativo k e k q k S 1 VMP'

17 (DP /VMP ) C - coeficiente (C) de ruído extraído da equação olinomial obtida na curva (1/VMP ) x (DP /VMP ) k e k q k S k e k q k S C el C qu C es 0,004 y = 0,011x + 0,06x + E-05 R² = 1 0,003 0,003 C el. X + C qu. X + C es 0,00 0,00 0,001 1 VMP' 0,001 0,000 0,00 0,0 0,04 0,06 0,08 0,10 0,1 0,14 (1/VMP')

18 Ruído Relativo Ruído Relativo ruído eletrônico, ruído quântico e ruído estrutural A contribuição relativa de cada ruído e a soma quadrática deles ode ser observado lotando o gráfico do valor VMP versus a raiz quadrada dos valores obtidos C el. X + C qu. X + C es 0,08 k e k q Ruído k S 1 VMP' 0,07 ELETRONICO 0,06 0,05 0,04 QUANTICO ESTRUTURAL TOTAL Ruídoeletronico C el.x 0,03 0,0 0,01 Ruídoquantico C qu. x VMP' Ruídoestrutural Ces

19 Ruído Relativo DP'/VMP Para os sistemas CR, a relação é não-linear, Ruído Relativo K - constante n k n 0,06 0,05 0,04 0,03 0,0 y = 0,163.x -0,438 R² = 0,993 0,01 0,00 0,0 00,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 VMP'

20 Razão Contraste-Ruído - CNR Esessura equivalente Altura do Esessura de de tecido mamário esaçador PMMA (mm) (mm) (mm) CNR VMP A DP A VMP DP B B Razão Contraste-Ruído (CNR)

21 Limiar de contraste medido no CDMAM. Diâmetro (mm) 8kV Mo/Mo Esessura (m) Cr (%) Medidas do limiar de detalhe-contraste Cr(%) 15,0xEsessura 0,39 Cr(%): contraste relativo Relaciona a intensidade da radiação com e sem o disco de ouro, a esessura do disco e o coeficiente de atenuação do ouro. 0,060,500 37,93 0,080,500 37,93 0,100 0,849 13,14 0,130 0,661 10,3 0,160 0,65 4,37 0,00 0,08 3,51 0,50 0,147,6 0,310 0,095 1,8 0,400 0,071 1,46 0,500 0,061 1,31 0,630 0,04 1,0 0,800 0,036 0,93 1,000 0,030 0,84 1,50 0,030 0,84 1,600 0,030 0,84,000 0,040 0,99

22 Medidas do limiar de detalhe-contraste e razão contraste-ruído (CNR) Determinação da CNR alvo Seleção da técnica radiográfica ara otimização através das medidas da CNR e DGM O rocesso de otimização em mamografia digital tem início com a determinação da Razão contraste-ruído alvo, CNR alvo. Ela é definida como o valor de CNR que ermite atingir o limiar de contraste mínimo de 3% ara os discos de 0,1 mm de diâmetro no CDMAM. Diâmetro (mm) Limiar de Contraste Valor aceitável Contraste (%) Esessura de ouro (μm) Valor desejável Contraste (%) Esessura de ouro (μm),0 < 1,05 0,069 < 0,55 0,038 1,0 < 1,40 0,091 < 0,85 0,056 0,5 <,35 0,150 < 1,60 0,103 0,5 < 5,45 0,35 < 3,80 0,44 0,10 < 3,0 1,68 < 15,8 1,100

23 Limiar de Contraste % Esessura de PMMA (mm) Razão Contraste Ruído Alvo CNR alvo Esessura equivalente da mama (mm) kv Anodo/Filtro mas Esessura de ouro (µm) CNR Cr (%) Mo/Mo 63 1,040 10,1 15, Mo/ Mo 40 1,490 8,58, Mo/Mo 90 1,105 10,88 16, Mo/Mo 3 1,501 8,8, Mo/Rh 80 1,467 8,57, Rh/Rh 80,500 3,77 37, Rh/Rh 15 1,869 5,16 8, Rh/Rh 30 1,973 6,37 30, CNR Alvo R = 0,94 Cr(%) 15,0xEsessura 0,39 Limiar de contraste relativo ara contraste-detalhe com esessura de 0,1 mm em função da CNR. VMP CNR DP 7,6 A A VMP DP B B 5 0 Mínimo ,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 CNR

24 Otimização Cálculo do mas e da CNR ara a otimização das técnicas Seleção das técnicas radiográficas ara otimização Ajuste do mamógrafo ara as técnicas otimizadas e novas medidas da CNR e DGM ara confirmar os valores calculados Esessura de PMMA (cm),0 5-6 kv 3, kv Esectro Mo/Mo Mo/Rh Rh/Rh 4,0 7-8 kv 7 kv 4,5 7-8 kv 6-7 kv 5,0 8 kv kv 6,0 8 kv 8-9 kv 7, kv

25 Cálculo do CNR, DGM e mas ara a otimização das técnicas k n Para cada esessura de mama, calcular: CNRotimiz Esessura de PMMA (mm) CNRalvoCNRrel CNR relativa 0 > > > > > > > 90 CNR k. DGM k DGM n CNR DGM n ( CNRotimiz ) n CNRotimiz k VMP' ( CNRotimiz) DGM ( CNRotimiz) mas otimizada Mama (cm) DGM (mgy) Aceitável,1 1,0 3, 1,5 4,5,0 6,0 3,0 7,5 4,5 9,0 6,5 VMP' DGM VMP mas VMP' '( CNRotimiz)

26 kv A/F mas Esessura (mm) VMP DP VMP 0, mmal DP 0, mmal CNR DGM (mgy) k CNRotimiz n k CNR k. DGM CNRalvo CNRrel DGM CNR DGM n ( CNRotimiz ) n n CNRotimiz k VMP' ( CNRotimiz) DGM( CNRotimiz) mas otimizada Esessura de PMMA (mm) Es mama (mm) CNR relativo DGM alcançável Otimização DGM aceitável 0 1 > 115 0,6 1, > 110 1,0 1, > 105 1,6, > 103,0, > 100,4 3, > 95 3,6 4, > 90 5,1 6,5 VMP' DGM VMP mas VMP' '( CNRotimiz) Esessura (mm) CNR otimiz k n DGM CNR otimiz VMP /DGM VMP (CNR Rel) mas otimizado

27 Valores de mas utilizando o Controle Automático de Exosição - CAE medidos ara várias esessuras de PMMA na técnicas de: Rotina, Calculado e aós ajuste do mamógrafo. Esessura (cm) Técnica radiográfica Valores mas PMMA MAMA kv Anodo/Filtro Rotina Calculado Ajustado Mo/Mo Mo/Mo Mo/Mo Mo/Mo Mo/Mo Mo/Rh Rh/Rh

28 Metodologia A otimização deve ser realizado em duas fases tamanho da amostra definição das variáveis estudadas metodologia de medidas metodologia de análise dos resultados Esessura da mama comrimida, idade e adrão mamário 1ª Fase: Coleta de dados de acientes Técnica radiográfica (kv/anodo/filtro/mas) Testes de controle de qualidade e dosimetria (DGM) Avaliações: mamógrafo, digitalizador de imagem CR, monitores e lacas de imagem (IP) Medidas da resosta do detector, análise de ruído e razão contraste-ruído (CNR) 1ª Fase: avaliação dos critérios da qualidade das imagens clínicas

29 Metodologia Esessura da mama comrimida, idade e adrão mamário ª Fase: Coleta de dados de acientes aós ajuste do mamógrafo Técnica radiográfica (kv/anodo/filtro/mas) ª Fase: avaliação dos critérios de qualidade das imagens clínicas

30 Validação da otimização

31 Validação da otimização Cálculo de K i, DGM e CNR 1ª fase ara as técnicas radiográficas usadas ara ª fase as imagens das acientes Tratamento estatístico dos dados das duas fases, discussão dos resultados e conclusões do estudo

32 Frequencia Frequencia Valores de CNR relativa obtidas na 1ª. e ª. fase e as sugeridas elo Protocolo Euroeu. 30 Esessura (mm) CNR relativa (%) a. FASE PMMA Mama 1a. Fase a. Fase Protocolo Euroeu CNR a. FASE CNR

33 Resultados Valores de DGM medidos utilizando: o Controle Automático de Exosição - CAE de rotina, calculados ara CNR otimizada, medido com a técnica otimizada e sugerido elo Protocolo Euroeu.

34 Resultados Kerma no ar de entrada na mama obtida em mamas com variadas esessuras.

35 Resultados Dose média glandular obtida em mamas com variadas esessuras.

36 Critérios da qualidade da imagem Critério Índice de Critério de Imagem (ICI) 1a. Fase a. Fase A1 Adequada comressão da mama 0,99 1,00 A Mamilo aralelo ao filme 0,79 0,8 A3 Visibilização comleta do arênquima mamário 0,94 0,9 B1 Visibilização da linha da ele 0,99 1,00 B Visibilização das estruturas vasculares através do arênquima denso 0,99 1,00 B3 Visibilização dos ligamentos de Cooer 0,99 1,00 B4 B5 As microcalcificações reresentam lesão verdadeira? (se houver lesão) A oacidade reresenta lesão verdadeira? (se houver lesão) 0,69 0,69 0,51 0,53 B6 O tecido glandular está adequadamente claro 0,97 1,00 C1 Contraste adequado 0,98 1,00 C Definição das estruturas 0,99 1,00 C3 Saturação correta nas áreas claras 0,97 1,00 C4 Saturação correta nas áreas escuras 0,98 1,00 C5 Imagem sem ruído 0,97 0,98 C6 Imagem sem artefatos 0,3 0,38 TOTAL 0,78 0,79 Não ocorreu diferença estatisticamente significativa ( = 0,10) na qualidade da imagem entre os dois gruos de imagens avaliadas considerando a avaliação dos critérios de qualidade da imagem.

37 Mamografia de mamas com esessuras semelhantes (60 mm) e adrão mamário quase que inteiramente substituídos (<5% glandular) Fase 1ª. ª. DGM (mgy) 3,51,53 CNR 8,9 7,0 ontuação média em todos os critérios (%) ª. fase ª. fase

38 Resultados Na ª. fase o valor de DGM foi reduzido em: 18,6% ara mamas entre 40 e 60 mm de esessura,,6% ara mamas com esessura inferior a 40 mm, 13,% ara as de esessura suerior a 60 mm. Para todas as esessuras a DGM alcançou redução de 14,5%.

39 Conclusão O método de otimização das condições de oeração ara os sistemas de mamografia digital tendo como base o valor da dose glandular média (DGM) aceitável, a razão contraste-ruído (CNR) e o indicador de qualidade das imagens clínicas se mostrou adequado ara estabelecer as técnicas de rotina dos serviços.

40 obrigado

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