La rivoluzione digitale
in radiologia storia ed
applicazioni cliniche
Storia della radiologia
z 8.11.1895
Röentgen scopre “una
nuova specie di raggi”
Pubblicata (Eine Neue
Art von Strahlen) alla
società Fisico-Medica
di Würzburg il
28.12.1895
Dr. Massimo Favat Dr.ssa Miriam De Dea
Storia della radiologia
1895 le prime 3 radiografie anatomiche della storia
Storia della Radiologia
Una delle prime immagini
diagnostiche : 1895
Rx pediatrica T di
esposizione 78 minuti
“Radiologia digitale”
La radiologia digitale nasce con
l’introduzione in campo radiologico del
calcolatore elettronico avvenuta
con lo sviluppo delle prime
apparecchiature di tomografia
computerizzata
“…acquisizione di immagini
nativamente digitali o conversione di
immagini analogiche in digitali nel
campo della radiologia
convenzionale…”
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Grandezze analogiche e grandezze discrete
Analogica è una grandezza che può
assumere un qualsiasi valore in un intervallo
di valori infinitamente vicini tra loro.
Discreta è una grandezza che può variare in un
insieme di valori che differiscono gli uni dagli
altri di una quantità finita.
Radiologia digitale
TC-RM
Fluoroscopia/grafia digitale con I.I.
Radiografia computerizzata basata su
fosfori fotostimolabili (CR)
Digitale indica informazioni espresse in
numeri (discrete) che possono essere trattate
da un calcolatore
Storia della Radiologia digitale
z
z
Godfrey Newbold
Hounsfield
Allan Mac Leod
Cormack
Storia della radiologia digitale
Radiografia digitale diretta (DR)
Storia della radiologia digitale
Il tomografo realizzato
da Cormack (1963)
(Journal of Applied
Physics)
Storia della radiologia digitale
prime immagini di oggetti ottenute
con il tomografo di Hounsfield
Prototipo del 1968
Tempo di scansione 9 ore
1970 addome di maiale t scansione 4h 30’
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Storia della radiologia digitale
Storia della radiologia digitale
Prima immagine
diagnostica in TC
Espanso cistico
encefalico (1971)
Da: Proceedings of the British Institute of Radiology
19.04.1972
Storia della radiologia digitale
Storia della radiologia digitale
Tc body di seconda generazione installata a Verona 1976
presso l’istituto di Radiologia dell’università.
Storia della radiologia digitale
Storia della radiologia digitale
Immagine prodotta
dall’apparecchiatura di
Risonanza Magnetica
installata nel 1983
presso la clinica
S. Pio X ° di Milano
Raymond Damadian con Minkhoff e Goldsmith
e il primo apparecchio per tomografia
a risonanza magnetica body del 1974
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Storia della radiologia digitale
Dimensioni del pixel
Applicazioni cliniche
Applicazioni cliniche
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Applicazioni cliniche
Applicazioni cliniche
Radiologia digitale
TC-RM
Fluoroscopia/grafia digitale
Radiografia computerizzata basata su
fosfori fotostimolabili (CR)
Radiografia digitale diretta (DR)
Proprieta’ dei raggi x
Fluorescenza
Angiografia analogica
I raggi X hanno inoltre la proprietà di indurre la fluorescenza in
alcune sostanze quali, ad esempio, il platinocianuro di bario e il
solfuro di zinco. Ciò ha permesso di mettere a punto perfezionate
tecniche di radioscopia, mediante le quali è possibile osservare
direttamente la struttura di oggetti opachi.
Attraversamento della materia e attenuazione
L'assorbimento di raggi X da parte dei diversi elementi avviene in modo
selettivo; in particolare, minore è il peso atomico e la densità di una
sostanza, più trasparente essa risulta al passaggio di raggi X.
Questa proprietà viene sfruttata nella radiologia medica.
Le ossa, che hanno una composizione chimica di peso molecolare superiore,
assorbono – più o meno completamente – la radiazione, lasciando impressa
la loro immagine sulle lastre fotografiche.
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FLUOROSCOPIA
Fluoroscopia
VISIONE TEMPORANEA ALL’INTERNO DEL
CORPO UMANO.
ORIGINARIAMENTE SU SCHERMO
FLUORESCENTE IN AMBIENTE BUIO
DA CIRCA 40 ANNI SU MONITOR TELEVISIVO IN
AMBIENTE NORMALMENTE ILLUMINATO
SISTEMA RADIOLOGICO
DIGITALIZZATO (DI)
COMPLESSO
RADIOGENO
INTENSIFICATORE IMMAGINI
COLLIMATORE
GENERATORE
ALTA TENSIONE
SUPPORTO
PAZIENTE
MONITOR
TV
INTENSIFICATORE
DI BRILLANZA
CATENA
TELEVISIVA
TAVOLO DI COMANDO
DSI
Digital Imaging
Angiografia digitale
6
Angiografia digitale
3D-RA
Image Quality
z Zoom di ricostruzione
z
Massima velocità sia in
acquisizione che in ricostruzione
z Ottimale per strutture vascolari
statiche
z
Angiografia digitale
Radiologia digitale
5123
TC-RM
Fluoroscopia/grafia digitale
Radiografia computerizzata
basata su fosfori
fotostimolabili (CR)
Radiografia digitale diretta (DR)
Film convenzionale
Grandezze di tipo analogico, per essere
trattate da un calcolatore devono essere
trasformate in forma numerica o digitale
Esposizione del film
nella cassetta
Sviluppo del Film
Diagnosi
Computed Radiography
Speciali plate
invece del
film/cassetta
plate nel lettore
Digital Image
Diagnosi
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Sistemi radiografici digitali a memoria
(CR)
Sistemi radiografici digitali a memoria (CR)
Apparentemente non c’è cambiamento rispetto al modo di lavorare
tradizionale ( esposizione>lettura>produzione immagine>stampa),
senza aumento di produttività o necessità di sostituire le
apparecchiature radiologiche , ma… l’immagine è “diversa” in
formato e qualità!
I parametri che concorrono a determinare la qualità dell’immagine
sono quelli legati alle modalità di esposizione, al pari della RC, cui
si aggiungono quelli legati alla digitalizzazione ed all’elaborazione
del dato digitale.
In radiologia convenzionale:
immagine
“chiara”
immagine
“scura”
sottoesposizione
sovraesposizione
In radiologia digitale:
In pratica è difficile un’esposizione
“sbagliata”; inoltre con le modalità di postprocessing parti sovra o sottoesposte
possono essere ricondotte ad un’ immagine
“ragionevole”…
…ma, a causa
dell’elaborazione, la
correlazione fra livelli di
grigio dell’immagine e la
dose in ciascun punto può
non essere immediatamente
compresa…
Si può perdere la percezione della dose
impartita al paziente
… questo può creare problemi
…
‰ a livello di informazione diagnostica:
gli algoritmi di elaborazione possono migliorare la
rilevabilità di strutture patologiche, ma possono anche
ridurla se i parametri di esposizione e di elaborazione
non sono stati scelti correttamente; in pratica si possono
ottenere immagini apparentemente “leggibili” anche
partendo da un’esposizione inadeguata all’ informazione
diagnostica richiesta.
ICRP TG 46: “Dose Management in Digital Radiography”- www.ircp.org
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…questo può creare problemi…
‰ a livello di radioprotezione:
si può ottenere una “bella immagine” anche partendo da
una esposizione sovradimensionata rispetto alla dose che
sarebbe stata sufficiente.
L’ insensibilità di questi sistemi alla sovraesposizione
rischia di ingenerare pericolose abitudini in termini di
radioprotezione.
Principio di ottimizzazione
Dlg
L’ esigenza è quella di standardizzare la relazione tra
la dose al paziente e la qualità finale dell’ immagine
… e per questo sono indispensabili criteri per
stabilire:
¾ la rilevabilità di specifici dettagli anatomici
¾ i parametri per una buona tecnica radiografica
¾ i valori di dose di riferimento
Ottimizzazione
Il sistema - ottimizzato - è particolarmente idoneo per :
187/2000
Le dosi di radiazioni ionizzanti dovute ad esposizioni
mediche “devono essere mantenute al livello più basso
ragionevolmente ottenibile e compatibili con il
raggiungimento dell’informazione diagnostica richiesta”
• esami di Pronto Soccorso (disponibilità di tubo pensile e tavolo
tradizionale)
• esami pediatrici (con ottimizzazione costante degli algoritmi di elaborazione)
• RX toraci a letto
( praticità e versatilità )
Tale indirizzo si intende applicato alle numerose fasi del
processo radiodiagnostico ed esplicitamente riguarda sia la
“scelta delle metodiche”, che “la produzione di
un’informazione diagnostica adeguata”.
Elaborazione delle immagini digitali
Le elaborazioni più comuni coincidono con lo zooming, la
variazione di finestra e livello (window leveling),
l’inversione, l’applicazione di filtri matematici, la
segmentazione, la definizione del ROI ( “Region Of
Interest” ), ecc …
Direct Radiography – DR
Il sistema di detezione ( rilevazione + conversione )
è inserito nell’apparecchiatura e l’ immagine è
immediatamente disponibile al termine dell’
esposizione.
Su sofisticati algoritmi matematici si basano i sistemi di
Computer Aided Diagnosis ( CAD ).
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Radiologia digitale diretta
Detettori digitali
Esistono differenti tipi di
detettori digitali con differenze
sia nella metodologia di
captazione che nel risultato
finale in termini di qualità di
immagine.
Si possono suddividere in due classi:
¾ rivelatori flat panel a conversione diretta
¾ rivelatori flat panel a conversione indiretta
Flat Panel a conversione diretta:
o DirectRay (Hologic – Kodak): Selenio Amorfo + semiconduttore in
silicio
amorfo TFT
Confronto di qualità DR vs RC
Flat Panel a conversione indiretta
o Ge Medical System: Ioduro di Cesio + fotodiodo in silicio amorfo (a-SI)
+ TFT
o Trixell (Thomson-Siemens-Philips): Ioduro di Cesio “dopato”al tallio +
fotodiodo a-Si + Switching diode
o Canon-Agfa: Gadolinium Oxysulfide “dopato” al terbio+ fotodiodo a-Si
+ TFT
Misura di dose su torace di fantoccio antropomorfo
Parameter
Digital Csl (Tl) +
a-Si TFT
Speed
Peak kilovoltage
Milliamperage
Milliampereseconds
Surface dose (mGy)
Dose reduction (%)
= 400
125
160
2.16
200
125
395
5.1
132
50.1
259
Radiografia digitale diretta
CARATTERISTICHE
Sistema di cattura digitale
superiore
dell’immagine
VANTAGGI
no “scattering”
Consolle operativa integrata
Monitor a schermo piatto
Preview dell’immagine in
7’’ con controllo di qualità
in tempo reale.
Accesso a RIS per Worklist Dati anagr.-esame già
Tecniche x-ray
inseriti
programmabili ed algoritmi di Tecniche automatizzate ed
visualizzazione ottimizzati (+ eventuale correzione per
postprocessing)
ampia latitudine di sistema.
Dicom 3; è collegata con
Passaggio “istantaneo” delle
sistemi di stampa Laser e con immagini acquisite
WorkStation diagn./refertaz.
(monitor 5 Mp)
BENEFICI
Qualità dell’immagine
Riduzione degli spazi e maggior
facilità di utilizzo
Riduzione del tempo di esame
Riduzione tempo di preparazione
riduzione della dose (non
ripetizione di esami) e riduzione
tempo di indagine.
Aumento della produttività per:
-elimina manipolazione delle
cassette e tempo di sviluppo.
-nessun rischio di perdita di
informazioni.
-possibilità di elaborazione su WS
-invio immagini “a distanza”.
Film-Screen 200speed (Thoramat)
Dose paziente ∝
Image
Quality
of
Digital
Film-screen
(Thoramat)
P.A.
L.L.
4.11
3.93
3.74
3.51
Media di 16 dettagli analizzati
con punteggio:
1 insoddisfacente - 2
scarso
3 medio - 4 buono - 5
eccellente
Fink et al. AJR:178, February 2002
Qualita’
dell’immagine
DQE
La dose paziente è in rapporto
inversamente proporzionale con la DQE;
molti studi, comparando dose e qualità
dell’immagine di RC e RD, hanno
concluso che “l’ informazione diagnostica
della RD è superiore alla RC a dose
equivalente o che per un’equivalente
qualità di immagine è richiesta una dose
minore”.
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In RD una corretta elaborazione può contribuire a ridurre
la dose
In un sistema
convenzionale schermopellicola, la pellicola
svolge tre funzioni:
* acquisizione dell’
immagine
In radiologia digitale tali
funzioni sono svolte
separatamente da varie parti
del sistema;
questo consente di
ottimizzare separatamente
ciascuno dei passaggi.
* visualizzazione
Funzioni aggiuntive:
* elaborazione
* trasmissione
* archiviazione
Elaborazione delle immagini digitali
Rivoluzione digitale
Progresso tecnologico
Le immagini digitali possono essere elaborate
successivamente alla loro acquisizione per aumentarne o
evidenziarne selettivamente il contenuto diagnostico.
Questo, assieme alla gestione informatizzata, è uno dei
punti di forza dell’ imaging digitale.
Rivoluzione digitale
Digitalizzazione della Radiologia
Aumento domanda indagini
diagnostiche
Abbandono della RC
Rivoluzione digitale
Digitalizzazione
CR
DR
Refertazione a monitor
Archiviazione dati ed immagini
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Rivoluzione digitale
Refertazione a monitor
Workstation diagnostica
Archiviazione
Archivio raid
Archivio CD-DVD-R
Archivio DLT
Ris gateway
Rivoluzione digitale
RIS / HIS
PACS
Picture
Archiving
Communication
Sistem
PACS
• Acquisizione immagini DICOM
•Acquisizione immagini digitali e da CR
•Distribuzione alle work-station in Radiologia
•Stampa su Film o Carta, o consegna di CD
• Distribuzione di immagini e referti dalla Radiologia, all’
Ospedale e ad altre strutture sanitarie esterne…
(TELERADIOLOGIA)
•Integrazione con i Sistemi Informativi (RIS-HIS)
RIS: Radiological Information System
Gestione registrazione esame:
- gestione anagrafica pazienti
- immissione delle richieste
- prenotazione e collegamento
CUP-HIS
Gestione operativa esame:
- gestione della work-list
- accettazione
- esecuzione
- refertazione
Gestione storica esame:
- archiviazione
- distribuzione
- statistiche
- collegamento al controllo di
gestione
Gestione accessoria ma
caratterizzante un reparto
“digitale”:
- integrazione HIS-RIS-PACS
Gestione immagini
1. - riesaminate con adeguate post-elaborazioni in base a
specifici quesiti clinici evitando o riducendo la ripetizione
di esami radiografici con tecniche espositive diverse;
2. - recuperate dall’ archivio in linea per essere rese
disponibili in caso di nuovo ricovero o indagini di
controllo
3. - trasmesse mediante rete informatica in caso di
trasferimento di pazienti superando problematiche medicolegali ed evitando eventuali ripetizioni di esami;
TELERADIOLOGIA
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Teleradiologia
In linea generale un sistema di teleradiologia è composto
da 4 sottosistemi con il compito di gestire:
• acquisizione delle immagini
• visualizzazione delle immagini da trasmettere o ricevute
• sistema di archiviazione delle immagini
• trasmissione delle immagini (via web, ISDN, etc)
TELERADIOLOGIA utilità:
- Telediagnosi : effettuare diagnosi radiologiche su
immagini in formato diagnostico provenienti da altre sedi;
assieme alle informazioni cliniche per poter elaborare un
referto conclusivo ( collegamento a RIS e PACS per
precedente documentazione) possibilità di “vedere” le
condizioni cliniche del paziente (WEB-CAM).
- Teledidattica (Formazione professionale continuativa)
TELERADIOLOGIA
-Teleconsulto radiologico: attività di consulenza a
distanza tra medici comunicanti per via telefonica o su
reti informatiche più o meno dedicate.
ƒ di tipo interattivo: se 2 o più centri possono condividere
in tempo reale le immagini ed operare contemporaneamente
sulle stesse e comunicare in tempo reale
ƒdi tipo asincrono (non interattivo): se non vi può essere
interazione in tempo reale
Conclusioni
La gestione digitale delle immagini
è un indubbio vantaggio nello
svolgimento del lavoro quotidiano
nel dipartimento radiologico. Ha
comportato un radicale
cambiamento delle abitudini
lavorative con miglioramento della
qualità e della produttività.
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