Protección radiológica en radiología digital Procesamiento de las imágenes radiográficas digitales L05

Objetivos de capacitación Proporcionar una lista con tres objetivos principales en el procesamiento de imágenes digitales Explicar el término “histograma de escala de grises” Mostrar cómo los parámetros técnicos radiográficos afectan al histograma de escala grises Indicar cómo los errores en el procesamiento de imágenes digitales pueden contribuir a la exposición innecesaria de los pacientes a la radiación Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Ventajas de las imágenes de DR frente a las analógicas Se puede modificar la densidad óptica. Se puede modificar el contraste. Se puede modificar la nitidez. Se puede modificar el ruido. ¡Es el resultado de 20 años de desarrollo! Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

“ Mira, papá, una imagen digital” La calidad de una imagen monocolor se puede describir en términos convencionales. Densidad óptica (grado de oscuridad) Contraste Nitidez Ruido Artefactos o perturbaciones Circo familiar “ Mira, papá, una imagen digital” Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Ventajas de las imágenes analógicas respecto a las DR La densidad óptica funciona inherentemente bien (nice). El contraste es inherentementemente mayor. La nitidez es inherentemente mayor. El ruido es inherentemente menor. ¡Es el resultado de 110 años de desarrollo! Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

La densidad óptica es ajustable y arbitraria La adquisición es independiente de la representación visual Se pueden codificar los valores de los datos originales de la DR a cualquier nivel visual Esto permite a la DR compensar la subexposición y la sobrexposición, consiguiendo un aspecto consistente, siempre igual o similar Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Selección incorrecta de los factores de exposición en radiografía de película y pantallas Sobreexpuesta Subexpuesta Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

La DR compensa la selección incorrecta de loa factores de exposición sobrexpuesta Subexpuesta Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

La image DR formada por los datos sin procesar tiene bajo contraste La DR tiene una latitud extremadamente ancha, lo que implica un bajo contraste en un sistema de imagen limitado por la representación visual (es decir, limitado por la latitud del display). A los valores numéricos de la DR se los puede reasignar niveles de la escala de grises de manera que resulte alto contraste entre los “valores de interés” (VOI), aunque sacrificando contraste en otros valores Éste es el objetivo principal del procesamiento de la imagen DR Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Histograma de la escala de grises idealizada El objetivo es representar la anatomía A con buen contraste B es aire C es la contribución dada por radiación dispersa, únicamente fuera de los colimadores D es la contribución dada por la radiación dispersa, - sólo en la parte de la imagen anatómica, del bario o plomo, fuera del área colimada, Nr. e pixels B A B C D Exposición (o escala de grises) Región de interés clínico Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

El aumento de los valores de mAs desplaza el histograma de escala de grises Nr de pixels A B C D Exposure (or greyscale) Región de interés clínico Modificar los mAs no afecta al contraste del sujeto, siempre que no se sobrepase el rango dinámico Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

El aumento de los valores de kVp comprime el histograma de la escala de grises Nr. de pixels B A C D Exposición (o escala de grises) Región de interés clínico A mayor valor de kVp => menor contraste entre objetos Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Por tanto, queda ajustada también la densidad óptica El objetivo primario del procesamiento de imagen es identificar los valores de interés y lograr el máximo contraste entre los mismos El “reconocimiento de la exposición” o detección del contorno colimado y de la anatomía, El nivel y el ancho de ventana se ajustan en función del histograma de la escala de grises Por tanto, queda ajustada también la densidad óptica En esto consiste el “procesamiento de la adquisición de imágenes” Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

¿Falta algún paso? ¿Como sabemos que la respuesta del detector fue uniforme en todo el campo de visión? El “Procesamiento en la preadquisición” o “preprocesamiento”, corrige el efecto de las imperfecciones así como el de la respuesta variable. Algunos detectores incluyen la selección automática de la escala de grises (autoranging) durante el preprocesamiento. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Detector de la función característica de CR Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Datos sin procesar pero con la escala de grises ajustada Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Otra característica del reajuste de histograma es el “ajuste de latitud” WW= ancho de ventana Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Procesamiento “post-acquisición” Los valores (numéricos) codificados se pueden reasignar de manera más compleja a fin de modificar el contraste El objetivo secundario del procesamiento de la imagen es el de modificar el contraste El contraste en algunos valores de interés se ve comprometido por tener que aumentar el contraste en otros Procesamiento “post-acquisición” Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Tablas pre programadas (LUT), Procesamiento de la gradación Existen muchos nombres de marca para el procesamiento posterior a la adquisición de la imagen Tablas pre programadas (LUT), Procesamiento de la gradación Máscara borrosa (Procesamiento de la frecuencia) Procesamiento multifrecuencia (Musica®) Procesamiento de la frecuencia con objetivo múltiple Control del rango dinámico Supresión de artefactos tomográficos Sustracción de energía (Energía dual) Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Se pueden reasignar los valores codificados según una función no lineal Esta función podría consistir en asignar un menor contraste a detalles más claros y más oscuros y asignar una mayor contraste en la zona media, y así lograr una apariencia similar a la de una película (curva gamma) A los valores codificados entre los valores de interés se los desplaza siguiendo una tabla de asignación de niveles de la escala (LUT). A esto se denomina “procedimiento de gradación” “Sensitometría”, y “representación de escala de grises” Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Datos procesados, gradación Datos sin procesar, datos asignados Datos procesados, gradación Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

La imagen de DR tiene una nitidez limitada La nitidez está limitada por las dimensiones de los píxeles El detalle más pequeño que puede resolver la CR es un “par de líneas” representado por by un píxel “oscuro” situado junto a un píxel “claro”. La máxima resolución espacial es la frecuencia de muestreo (pixels por mm) divided by 2 (pixels per par de líneas) A éste valor se denomina “frecuencia de Nyquist ” Un chasis de formato grande con 2000 pixels a lo largo de la dimensión de 35 cm tendría como máximo unos 6 pixels por mm y una resolución resolution espacial de 3 lp/mm Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

La resolución práctica es menor que la frecuencia de Nyquist Hay otros factores aparte de la frecuencia de muestreo que comprometen la nitidez Dimensiones del foco de rayos X Borrosidad en DR indirecta y CR I Imprecisión óptica y mecánica en en IDR y CR Persisitencia luminosa en la dirrección de barrido rápido en CR El límite de resolución es la frecuencia a la cual la Función de transferencia de modulación (MTF) ha decrecido al 10% Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Mejora de la nitidez: Un segundo del procesamiento de la imagen Si se puede aumentar, de manera selectiva, el contraste entre los detalles de la imagen que representan grandes cambios de los valores numéricos de pocos píxeles, se puede mejorar la nitidez. Dos métodos El de la Máscara borrosa (procesamiento de frecuencia) Contraste de bordes Musica® “restitución de bordes” Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Proceso de la máscara borrosa Se inicia el proceso con la imagen original Se crea una versión difuminada (borrosa) de la imagen original, a base de promediar todos los píxeles de una pequeña zona, denominada ”kernel”. Con un kernel más grande se difuminan detalles grandes Con un kernel más pequeño se difuminan detalles pequeños Se sustrae la imagen borrosa de la original, lo que da como resultado una imagen formada por las differencias entre ambas (máscara) La máscara contiene aquellos detalles de la imagen que NO fueron afectados por el proceso Se suma esta máscara a la imagen original (retrosumar) La imagen resultante realza los detalles que NO fueron difuminados Se efectúa un realce adicional controlado por un factor de ”refuerzo” (boost) Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Proceso de la máscara borrosa difuminación 1 2 Imagen original Imagen difuminada Original – difuminada 1 – 2 = 3 3 Original + Imag de diferencias Imagen formada por las diferencias 4 1 + 3 = 4 Imagen más nítida Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Musica® Contraste de bordes La imagen original se descompone en bandas de frecuencias espaciales, abarcando cada banda una octava de la banda total. Agregando todas las bandas parciales quedaría reconstruida la imagen original El contraste entre los detalles de cada cada banda parcial (cada octava) se modifica aplicando una función El grado de realce queda controlado por un único parámetro El realce diferencial se controla mediante un segundo parámetro. Se vuelven a agregar todas las bandas parciales para crear la imagen modificada. Mediante un refuerzo extra de las subbandas de alta frecuencia se pueden realzar los bordes aún más los bordes Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Escala de grises asignada con datos sin procesar Con los datos procesados y en gradación Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Con los datos procesados Datos procesados Musica® Con los datos procesados en gradación Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Control del rango dinámico (DRC Imagen original difuminado f(difuminado) Orig + f(difuminado) Imagen difuminada DRC Control del rango dinámico (DRC (realmente es una forma de “realce de contrastes” imagen Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Two images are acquired Obtención de imagen de sustracción con energía dual: una imagen de baja energía y otra de alta energía Two images are acquired Weighted combination and subtraction of these images produces “bone only” and “soft tissue only “ images Quality of images depends on energy separation Imagen ósea solamente Imagen de tejidos blandos únicamente Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Imagen convencional frente a una de DES (dual energy sustraction) ¿Dónde está la lesión? ¿Está calcificada? Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Cuanto mayor el tamaño de pixel, peor será la nitidez. Para producir una imagen radiográfica le deben llegar al detector una cantidad suficifiente de rayos x. A igualdad de dosis, cuanto menor el tamaño de píxel, menor será el número de fotones de rayos x que inciden en cada pixel, y peor será el ruido. Cuanto mayor el tamaño de pixel, peor será la nitidez. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Compárese el ruido, el límite de detección al bajo contraste y las dosis entre estas tres imágenes 9 µGy Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Compárese el ruido, el límite de detección al bajo contraste y las dosis entre estas tres imágenes 3 µGy Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Compárese el ruido, el límite de detección al bajo contraste y las dosis entre estas tres imágenes 0.9 µGy Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Pero, ¡esto también atenúa detalles clínicos de pequeño tamaño! El procesamiento posterior a la adquisición de imágenes puede hacer disminuir el ruido. (el término genérico es “reducción de ruido”) Dado que se considera que el ruido contiene variaciones de alta frecuencia, la atenuación de las altas frecuencias espaciales puede reducir el ruido. Esto es, un “filtro pasa bajos” (filtrar frecuencias altas) Este efecto se puede conseguir haciendo uso de la máscara borrosa También se puede reducir ruido con el programa Musica® Pero, ¡esto también atenúa detalles clínicos de pequeño tamaño! El coroloario de esto es que si se realzan los detalles finos tambien se realza el ruido! Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

¡En la optimización de imagen DR no se puede ignorar la dosis al paciente! Para obtener una imagen radiográfica útil para diagnóstico, tiene que incidir sobre el detector un número suficiente de rayos X. Desgraciadamente, estos rayos X han de pasar a través del paciente para llegar al detector. El principio ALARA dicta se debe realizar el examen con la dosis al paciente lo más razonablemente baja. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

En el procesamiento de la adquisición de imágenes se plantean ciertas hipótesis sobre: Técnica radiográfica Composición de la zona anatómica radiografiada Utilización de colimación Imágenes con histogramas de escala de grises my diferentes Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Los valores extremos pueden tener efectos dramáticos en la imagen. El procesamiento posterior a la adquisición de imágenes viene controlado por parámetros específicos del tipo de examen Existen literalmente miles de permutaciones aceptables de configuraciones de parámetros. Los valores extremos pueden tener efectos dramáticos en la imagen. No existe un acuerdo universal sobre cuáles son los valores óptimos de los parámetros. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Finalidad auxiliar de procesamiento de imágenes: mejorar su utilidad Superponer datos demográficos sobre la imagen Añadir anotaciones Aplicar máscaras de bordes o de sombra Invertir y girar Aumentar la magnificación Juntar imágenes (una al lado de otra) Escoliosis Pierna completa Modificar la secuencia de las vistas Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Imágenes juntadas: método antiguo y moderno Nótese la diferencia de contraste entre ambas películas Mejor adaptación entre contrastes de ambas imágenes Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Funciones inapropiadas del procesamiento de imagen Compensar una técnica radiográfica inadecuada Compensar una deficiente calibración de la adquisición y del display de la imagen Borrado de imágenes inaceptables para el diagnóstico ¡La recuperación de imágenes inaceptables para el diagnóstico a fin de evitar volver a exponer al paciente debe ser un último recurso, no una actividad habitual! Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

La mala práctica se traduce en malas imágenes. La automatización no ha sido concebida para corregir Movimientos de paciente Inspiración deficiente Posicionamiento deficiente Colimación inadecuado Alineación incorrecta entre el haz del rayos X y la rejilla Realización de un tipo de examen erróneo Examen del paciente erróneo Exposición doble Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Es necesario que los técnicos radiológicos reconozcan los artefactos en la imagen... … y adopten las medidas adecuadas cuando los artefactos se produzcan Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Conclusiones: La calidad de imagen DR se puede describir en términos convencionales. El procesamiento de la imagen DR tiene tres objetivos: Identificar valores de interés y obtener el máximo contraste Modificar el contraste dentro de los valores de interés Mejorar la utilizad de la imagen No se puede optimizar la calidad de imagen sin tomar en consideración la dosis al paciente. Radiation Protection in Digital Radiology L05 Digital Radiographic Image Processing

Responda: correcto o incorrecto Las imágenes adquiridas con un sistema DR son independientes de la adquisición visual La DR tiene una latitud variable La resolución espacial de las imágenes de DR está limitada por las dimensiones del pixel Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Respuesta correcta o incorrecta Correcto. La adquisición es independiente de la representación visual (display), los valores codificados en la imagen DR antes de procesar es independiente del display, a los valores codificados en la imagen DR sin procesar se les puede asignar cualquier nivel visual Correcto. La DR tiene una latitud extremadamente ancha, es decir tiene bajo contraste, que está limitado por la latitud del display Correcto. Los factores que influyen son el tamaño del foco de rayos X, la borrosidad de la DR indirecta (IDR) y de la CR, la persistencia lumínica y la imprecisión óptica y mecánica en IDR y CR. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Referencias Flynn MJ Processing digital radiographs of specific body parts. Advances in Digital Radiography: RSNA Categorical Course in Diagnostic Radiology Physics. Samei E and Flynn MJ eds (2003) 71-78. Seibert JA Digital radiographic image presentation: preprocessing methods. Advances in Digital Radiography: RSNA Categorical Course in Diagnostic Radiology Physics. Samei E and Flynn MJ eds (2003),63-70. Chotas HG, Ravin CE. Digital radiography with photostimulable storage phosphor: control of detector latitude in chest imaging. Invest Radiol 27 (1992),822-828. Huda W, Slone RM, Arreola M, Hoyle BA, Jing Z. Significance of exposure data recognizer modes in computed radiography. SPIE 2708 (1996),609-616. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales

Referencias (continuación) Freedman M, Pe E, Mun SK, Lo SCB, Nelson M. The potential for unnecessary patient exposure from the use of storage phosphor imaging systems. SPIE 1897(1993) 472-479. Gur D, Fuhman CR, Feist JH, Slifko R, Peace B. Natural migration to a higher dose in CR imaging. Proc Eighth European Congress of Radiology. Vienna Sep 12-17(1993)154. Huda W, Slone RM, Belden CJ, Williams JL, Cumming WA, Palmer CK. Mottle on computed radiographs of the chest in pediatric patients. Radiology 199 (1996) 249-252. Protección radiológica en radiología digital L05 Procesamiento de imágenes radiográficas digitales