Dijital Radyoloji

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
4
3
2
1
0,3
0,9
1,5
2,1
Log rölatif ekspojur
2,7
3,3
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)
01
10
11
10
01
Analog dijital çevrim (ADC)
Dijital görüntü oluşumu
Analog dijital çevrim (ADC)
Dijital radyografi yöntemleri
CR
Fosfor
plakalar
Doğrudan
dönüştürme
DR
Dolaylı
dönüştürme
Amorf
selenyum
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
Baryum florohalid: Eu+2 enerji band yapısı
Kondüksiyon
Bandı
F – Merkezi
(Ara Bant)
(Yasak Alan)
Valens
Bandı
Eu+2
e
e-
X-ışını
Eu+3
CR Okuma
Kondüksiyon
Bandı
Işınçoğaltıcı tüp
(Photomultiplier)
NeonHelyum
Laser
e-
Foton
Sinyal
Valens
Bandı
Eu+3
Eu+2
ADC
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)
Doğrudan dönüştürme-DR
Görüntü oluşum basamakları
Amorf
Selenium
a- Se
Fotoiletken
+
Cam Substrat
+
+
+
+
Elektrod
Sinyal
Transistor-TFT Fotodiyot
ADC
Dolaylı dönüştürme
Sintilasyon-TFT
Dolaylı dönüştürme
Sintilasyon-TFT
X-Işını
Gd2O2S:Tb
CsI:Tl
Fosfor
Sinyal
Cam Substrat
Transistor-TFT
Fotodetektör (Fotodiyod)
ADC
CCD (Charged Couple Device) kamera
Dolaylı dönüştürme
Sintilasyon-TFT
X-Işını
Sintilatör
Görünür
Işık
CCD
(Charge
Coupled
Device)
Optik odaklama
Silikon
Fotosit
Silikon
Silikon
Silikon
Fotosit
Fotosit
Fotosit
Sinyal
ADC
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
Pulmoner nodül analizi
İzlem çekimi; 4 ay sonra
İlk çekim
Oylum artışı
+24%
Images ©1999, ELCAP Lab, Medical College of Cornell University
Gereksinim ve hedef
Hız
Kalite
Depo
PACS
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
•
•
10 bit/piksel (1024 gri düzey)
700 cd/m2 (70-120 BT mönitöründe)
• Yüksek parlaklık oranı
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
Eğitim
Veri
bankası
Araştırma
TR
Hizmet
Destek
Teleradyoloji
Teleradyoloji
Tele tıp
Tele tıp
Tele tıp
Tele tıp
OP 2000
Soru 1
• 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 2
• Direk dijital çevrimde aşağıdakilerden hangisi
kullanılır?
a) Amorf silikon
b)Sezyum iyodür-talyum
c) Amorf selenyum
d)Gadolinyum dioksisülfit
e) Sezyum iyodür-sodyum
Soru 3
• X ışınını ile etkileşerek görünür ışını
çoğaltarak oluşturan yapıya ne denir?
a) Sintilatör
b)Fotodiyot
c) Sensitometre
d)TFT
e) Screen
Soru 4
• 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 5
• PACS’da hızı belirleyen en temel faktör
hangisidir?
a) Ağ yazılımı
b)Bağlantı sayısı
c) Bağlantı tipi
d)Ağ donanımı
e) Uzak arşiv hızı