Testy kontrolne aparatów rentgenowskiej tomografii komputerowej. Witold Skrzyński

Transkrypt

1 Testy kontrolne aparatów rentgenowskiej tomografii komputerowej Witold Skrzyński Zakład Fizyki Medycznej Centrum Onkologii Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie Warszawa 2004

2 1. Kontrola jakości Informacje wstępne Podstawa prawna Przegląd innych opracowań Parametry tomografu Szum, jednorodność i stabilność wartości HU Rozdzielczość przestrzenna obrazu, funkcja MTF Kontrastowa rozdzielczość obrazu Grubość obrazowanej warstwy Parametry geometryczne Dawki Parametry wiązki rentgenowskiej napięcie, warstwa półchłonna Ognisko lampy Monitory i wywoływarka Metody wykonywania testów Uwagi wstępne Szum, jednorodność i stabilność wartości HU dla jednorodnego obiektu Stabilność wartości HU dla róŝnych materiałów Rozdzielczość przestrzenna obrazu Kontrastowa rozdzielczość obrazu Grubość obrazowanej warstwy Dokładność wskazań przesuwu stołu Dokładność wskazań świetlnych wskaźników połoŝenia warstwy Poprawność geometryczna obrazu Kontrola stabilności dawki Kontrola dawki w poszczególnych badaniach Dokładność i powtarzalność ustawienia napięcia Warstwa półchłonna Ognisko lampy Monitory i wywoływarka Bibliografia Ryciny i ilustracje Przykładowy protokół z wykonania testów kontrolnych tomografu komputerowego...50 Uwaga: Niniejsze opracowanie powstało w oparciu o wiedzę i doświadczenie pracowników Zakładu Fizyki Medycznej Centrum Onkologii w Warszawie i nie ma statusu prawnie obowiązującego.

3 1. KONTROLA JAKOŚCI Testy kontrolne w rentgenowskiej tomografii komputerowej Niniejsze opracowanie dotyczy metod prowadzenia testów kontroli jakości pracy rentgenowskich tomografów komputerowych. Proponowany zakres i metody testów pozostają w zgodności z wymaganiami określonymi w rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 24 grudnia 2002 roku [1]. Pierwszy rozdział zawiera wprowadzenie do zagadnienia kontroli jakości w tomografii komputerowej, w kolejnych znajduje się opis parametrów podlegających kontroli oraz opis sposobu wykonywania testów. Wszystkie przywoływane w tekście ryciny i ilustracje umieszczone zostały w załączniku. 1.1 INFORMACJE WSTĘPNE Celem prowadzenia kontroli jakości w rentgenowskiej tomografii komputerowej jest zapewnienie stałego wysokiego poziomu badań. MoŜna to osiągnąć poprzez regularne wykonywanie pomiarów wybranych wielkości fizycznych charakteryzujących działanie aparatu i obserwację ich zmienności w czasie. Wykraczanie mierzonych parametrów poza pewien przyjęty zakres dozwolonych wartości świadczy o nieprawidłowym działaniu aparatu, w takim przypadku zachodzi konieczność wykrycia usterki i jej usunięcia bądź teŝ regulacji aparatu. Sposób prowadzenia kontroli regulowany jest przez międzynarodowe normy oraz przez obowiązujące w niektórych krajach przepisy lub zalecenia, w Polsce jest to przede wszystkim rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 24 grudnia 2002 roku [1]. Zakres i sposób prowadzenia kontroli dobierany jest tak, aby w prosty sposób umoŝliwić stwierdzenie zmian w działaniu aparatu mogących prowadzić do obniŝenia wartości badania. Wykrycie dokładnej przyczyny nieprawidłowości moŝe wymagać wykonania dodatkowych pomiarów z zastosowaniem specjalistycznej aparatury, a przywrócenie prawidłowego działania zwykle wymaga interwencji serwisu. NaleŜy pamiętać, Ŝe zapewnienie poprawnego działania aparatury stanowi jedynie drobny wycinek systemu zapewnienia jakości w pracowni rentgenowskiej. Niniejsze opracowanie dotyczy jedynie metod prowadzenia testów aparatury. 1.2 PODSTAWA PRAWNA Dnia 24 grudnia 2002 roku Minister Zdrowia podpisał Rozporządzenie w sprawie warunków bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego w celach medycznych oraz sposobu wykonywania kontroli wewnętrznej nad przestrzeganiem tych warunków [1]. Rozporządzenie nakłada na zakłady opieki zdrowotnej stosujące promieniowanie jonizujące w celach medycznych obowiązek wdroŝenia do dnia 31 grudnia 2005 r. okresowych wewnętrznych testów aparatury rentgenodiagnostycznej wykonywanej przez personel zakładu opieki zdrowotnej lub, jeśli to niemoŝliwe ze względów technicznych, jednostki posiadające notyfikację ministra zdrowia. Załącznik nr 5 do rozporządzenia zawiera wykaz i częstotliwość wykonywania testów, natomiast sposób ich wykonywania ma być zgodny z odpowiednimi normami, których wykaz ustala minister właściwy do spraw zdrowia. Obowiązkowe jest prowadzenie analizy odrzuconych wyników badań oraz prowadzenie dokumentacji okresowych testów urządzeń radiologicznych. Rozporządzenie zawiera takŝe zalecenia dotyczące bezpośrednio sposobu wykonywania badań w przypadku tomografii jest to na przykład wymóg stosowania nie zachodzących na siebie warstw, uŝywania osłon na niektóre części ciała, doboru wartości ma/mas w zaleŝności od rozmiarów pacjenta. Rozporządzenie przewiduje prowadzenie zewnętrznych audytów klinicznych, które w części dotyczącej parametrów technicznych aparatury rentgenodiagnostycznej i naraŝenia pacjentów mają być wykonywane przez certyfikowane i notyfikowane w tym zakresie jednostki Państwowej Inspekcji Sanitarnej lub inne jednostki. Zakres kontroli, częstotliwość i tolerancję parametrów technicznych określa załącznik nr 6 do strona 3 z 3

4 rozporządzenia. Wszystkie parametry podlegające zgodnie z rozporządzeniem kontroli dla tomografii komputerowej zostały zestawione w tabeli 1 poniŝej. Tabela 1. Parametry podlegające kontroli dla tomografii komputerowej. Test / kontrolowany parametr Testy wewnętrzne Audyty zewnętrzne ocena negatoskopów * analiza zdjęć odrzuconych * pomiar jednorodności odwzorowania referencyjnego fantomu * * ocena rozdzielczości wysokokontrastowej * * ocena rozdzielczości niskokontrastowej i poziomu szumu * * pomiar grubości warstwy * * ocena dokładności i powtarzalności ustawienia (ruchu) stołu * * ocena dokładności świetlnych wskaźników połoŝenia * * ocena poprawności odwzorowania kontrastu * ocena dokładności ustawienia napięcia * ocena powtarzalności ustawienia napięcia * ocena dokładności czasu ekspozycji * pomiar warstwy połówkowego osłabienia (HVL) * ocena rozmiarów ognisk lampy * ocena wielkości dozymetrycznych * Zgodnie z 10 rozporządzeniem parametry techniczne nowo instalowanych urządzeń radiologicznych muszą spełniać kryteria określone w dokumencie Komisji Europejskiej Radiation Protection (Report No 91) [2]. Aparaty nie spełniające sformułowanych tam wymagań nie będą mogły pracować po 31 grudnia 2006 r. W rozporządzeniu z 24 grudnia dla niektórych spośród wymaganych testów nie podano wszystkich niezbędnych informacji, na przykład granic tolerancji. Braki te częściowo uzupełnia Rozporządzenie Ministra Zdrowia w sprawie szczegółowych warunków bezpiecznej pracy z aparatami rentgenowskimi o energii promieniowania do 300 kev stosowanymi w celach medycznych z dnia 11 września 2003 roku [3] w załączniku nr 3 do rozporządzenia określono grubości minimalnej pierwszej warstwy półchłonnej (połówkowej) wymaganej w diagnostycznych aparatach rentgenowskich. Oprócz tego rozporządzenie określa m.in. obowiązki inspektora ochrony radiologicznej w zakresie nadzoru nad aparatami rentgenowskimi i pracowniami rentgenowskimi. Inspektor ochrony radiologicznej sprawuje nadzór nad zapewnieniem sprawnego i właściwego działania aparatów rentgenowskich, a w przypadku braku innej wyznaczonej do tego osoby sprawdza wykonywanie codziennych oraz okresowych testów kontroli jakości. 1.3 PRZEGLĄD INNYCH OPRACOWAŃ Międzynarodowa norma dotycząca kontrolowania tomografów została opublikowana w 1994 roku przez IEC (International Electrotechnical Commission, organizacja analogiczna do ISO) [4]. Norma ta zawiera opis pomiarów, zalecane częstości ich wykonywania, granice tolerancji dla mierzonych parametrów oraz przykładowy wzór protokołu z kontroli. Przykładem regulacji na poziomie państwa mogą być przepisy obowiązujące w Stanach Zjednoczonych [5] zatwierdzone przez FDA (ang. Food and Drug Administration, amerykańska agencja rządowa sprawująca nadzór m.in. nad aparaturą medyczną). Przepisy te nakładają na producenta tomografu instalowanego na terenie USA obowiązek dostarczenia fantomu umoŝliwiającego pomiar określonych parametrów oraz zamieszczenia w instrukcji obsługi tomografu rozdziału zawierającego: opis sposobu strona 4 z 4

5 uŝytkowania fantomu, zalecane częstości wykonywania testów, dopuszczalne odchylenia mierzonych parametrów, zalecany sposób archiwizowania wyników testów oraz typowe obrazy fantomu w postaci fotografii obrazu z monitora oraz w postaci elektronicznej (moŝliwej do wyświetlenia na ekranie). FDA nie precyzuje metod wykonywania testów. Dokładniejsze zalecenia mogą być sporządzane na szczeblu stanowym, przykładem jest dokument wydany przez władze stanu New Jersey [6]. Brytyjski raport IPEM 77 (Institute of Physics and Engineering in Medicine) [7] zawiera skrótowy opis testów kontroli jakości dla diagnostycznej aparatury rentgenowskiej, w tym dla tomografii komputerowej. Podany został zakres, minimalna częstość wykonywania i granice tolerancji dla testów. Pełen opis sposobu wykonywania testów zawarty jest w raporcie IPEM 32 [8]. Metody pomiaru dawek i parametrów wiązki rentgenowskiej opisane zostały w protokole pomiarowym [9] wykorzystanym podczas realizacji programu oceny dawek otrzymywanych przez pacjentów poddawanych badaniom tomograficznym w Wielkiej Brytanii [10]. RównieŜ w Wielkiej Brytanii została opublikowana broszura [11] zawierająca skrótowy opis pomiarów wykonywanych podczas testów akceptacyjnych (odbioru) instalowanego tomografu. Ze względu na swój przeglądowy charakter jest ona interesująca takŝe dla osób zajmujących się testami rutynowymi. W wytycznych opublikowanych przez Komisję Europejską [12] szeroko opisane zostało zagadnienie dawek. Pozostałe parametry podlegające kontroli potraktowano marginalnie, zalecając zarazem stosowanie wspomnianej normy IEC. RównieŜ w 1999 roku SSRMP (ang. Swiss Society of Radiobiology and Medical Physics) opublikowało wytyczne dotyczące kontroli komputerowych systemów planowania teleradioterapii [13]. Opisane zostały między innymi sposoby kontrolowania prawidłowości przekazu danych z tomografu do systemów planowania leczenia. Kontrola jakości w tomografii komputerowej stanowiła równieŝ przedmiot prac podejmowanych w Centrum Onkologii w Warszawie [14], [15], [16], [17]. strona 5 z 5

6 2. PARAMETRY TOMOGRAFU 2.1 SZUM, JEDNORODNOŚĆ I STABILNOŚĆ WARTOŚCI HU Obraz tomograficzny jest tworzony na podstawie wartości liniowego współczynnika osłabienia promieniowania rentgenowskiego obliczonych dla poszczególnych elementów objętości badanego obiektu. Wartości te są zwykle podawane w znormalizowanych jednostkach HU (ang. HU Hounsfield units, takŝe CT values, CT numbers). Przeliczenie liniowego współczynnika osłabienia promieniowania µ na wartości HU dokonywane jest zgodnie z następującym wzorem: µ obiektu µ wody HU obiektu = 1000 µ Obraz tomograficzny jest tworzony przez przypisanie wartościom HU róŝnych poziomów szarości. Wartości HU w obrazie jednorodnego obiektu zawsze wykazują pewną losową zmienność między punktami. Jest to spowodowane zarówno ograniczeniami konstrukcyjnymi (skończona liczba i wydajność detektorów, niedoskonałe algorytmy rekonstrukcji) jak i kwantową naturą procesów emisji i oddziaływania z materią fotonów promieniowania rentgenowskiego. Miarą tej zmienności jest poziom szumu określany jako standardowe odchylenie wartości HU w wybranym obszarze obrazu jednorodnego fantomu (Rycina 1). Wzrost poziomu szumu moŝe być powodowany przez błędy w działaniu lub zuŝycie wielu elementów tomografu (lampa, detektory) i zawsze wiąŝe się z obniŝeniem wartości diagnostycznej obrazu (pogorszenie widoczności słabo skontrastowanych struktur). Z kolei zmniejszenie szumu, jakkolwiek pozytywne dla jakości obrazu, moŝe być spowodowane na przykład przez zwiększenie dawki promieniowania lub przez nieprawidłowości w działaniu kolimatorów odpowiedzialnych za wybór grubości warstwy. Zgodnie z definicją wodzie przypisana jest wartość 0 HU. Dla danego materiału i doboru parametrów obrazowania wartość HU uśredniona po wybranym obszarze obrazu powinna być stała. Niewielka zmienność wartości HU w czasie nie ma duŝego znaczenia dla poprawności diagnozy, świadczy jednak o niestabilności lub nieprawidłowości działania elementów tomografu. W przypadku tomografii pracującego dla teleradioterapii błędy te nabierają kluczowego znaczenia, poniewaŝ w systemach planowania leczenia wartości HU są przeliczane na gęstości lub gęstości elektronowe (liczba elektronów na jednostkę objętości) i na tej podstawie uwzględniana jest w obliczeniach rozkładu dawki niejednorodność tkanki [18],[19]. Oznacza to, Ŝe niestabilność pracy tomografu bezpośrednio przekłada się na spadek skuteczności leczenia napromienianiem i wzrost efektów ubocznych [20]. Kontrolę przeprowadza się za pomocą fantomu (Rycina 2) zawierającego materiały o wartościach HU dobranych tak, by pokrywały cały zakres wartości rejestrowanych w obrazach klinicznych (od 1000 dla powietrza do przynajmniej dla kości). Jest to istotne ze względu na moŝliwość sytuacji, w której błędy wystąpią tylko w pewnym zakresie wartości. UŜywane w fantomach materiały to z reguły tworzywa sztuczne, w tym na przykład charakteryzujący się wysoką gęstością teflon (ok. 2,2g/cm 3 ) dający wartości HU zbliŝone do kości. Materiały te charakteryzują się gęstością i składem zbliŝonymi do tkanek ludzkich. W szczególności nie zawierają metali o wysokiej liczbie atomowej Z, których obecność powodowałaby występowanie w obrazie artefaktów. Zagadnienie doboru materiałów nabiera szczególnego znaczenia w przypadku tomografii wykonywanej dla planowania teleradioterapii. Przy planowaniu teleradioterapii wartości HU przeliczane są na przykład na gęstości elektronowe (liczba elektronów na jednostkę objętości), w oparciu o które obliczany jest rozkład rozkładu dawki terapeutycznej. Fantom słuŝy tu nie tylko sprawdzeniu stabilności wartości HU, ale i sprawdzeniu poprawności obliczanych w systemie planowania leczenia gęstości wody strona 6 z 6

7 elektronowych (lub innych wielkości uŝywanych do planowania leczenia) [21]. W przypadku uŝycia do tego celu fantomu przewidzianego do tomografii diagnostycznej obliczone gęstości elektronowe byłyby obarczone błędem. Przykładem moŝe być tu tkanka kostna i teflon materiały te mogą mieć podobny liniowy współczynnik osłabienia promieniowania, mają jednak inny skład chemiczny (teflon nie zawiera wapnia) i przez to inną gęstość elektronową. W związku z tym fantomy muszą dokładniej symulować tkanki zarówno pod względem gęstości jak i składu chemicznego. Skład typowych tkanek został opublikowany między innymi w jednym z raportów ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) [22]. Średnie wartości HU odczytane w róŝnych obszarach obrazu jednorodnego fantomu nie są jednakowe. Wynika to przede wszystkim z charakteru promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez lampę. PoniewaŜ nie jest ono monoenergetyczne, jego widmo zmienia się w trakcie przechodzenia przez tkankę (średnia energia rośnie). Powoduje to zmiany odczytywanych wartości HU wraz z głębokością w badanym obiekcie (tzw. artefakt utwardzania wiązki, ang. beam hardening artifact). Dodatkowe zafałszowania wartości HU (szczególnie na krawędziach obrazowanych obiektów) związane są z niedoskonałością algorytmów rekonstrukcji. Niejednorodność w obrazie jednorodnego fantomu (np. walca wypełnionego wodą) moŝemy zdefiniować na przykład jako róŝnicę średnich wartości HU w dwóch wybranych, określonych protokołem pomiarowym obszarach obrazu (np. na osi fantomu i w pobliŝu jego powierzchni). Tak zdefiniowana i mierzona w ustalony sposób niejednorodność powinna być stała w czasie. Jej zmiany mogą świadczyć na przykład o zmianie widma promieniowania, co ma odzwierciedlenie między innymi w wielkości dawki otrzymywanej przez pacjenta. NaleŜy pamiętać, Ŝe niejednorodność obrazu pogarsza jego wartość diagnostyczną. 2.2 ROZDZIELCZOŚĆ PRZESTRZENNA OBRAZU, FUNKCJA MTF Rozdzielczością układu obrazującego nazywa się jego zdolność do rozróŝnienia dwu połoŝonych blisko obiektów punktowych. Rozdzielczość w tomografii komputerowej jest ograniczona parametrami konstrukcyjne (wielkość ogniska lampy, rozmiar i liczba detektorów), doborem parametrów badania (liczba projekcji, algorytm rekonstrukcji). Dodatkowym ograniczeniem jest, jak w kaŝdej cyfrowej technice obrazowania, wielkość elementu obrazu wynikająca z rozmiaru macierzy rekonstrukcji i wielkości obrazowanego obszaru. Pogorszenie rozdzielczości moŝe być powodowane przez błędy w działaniu aparatu lub zuŝycie ogniska lampy i zawsze prowadzi do obniŝenia wartości diagnostycznej obrazu. W praktyce rozdzielczość opisuje się liczbą rozróŝnialnych par linii na jednostkę długości. Wykorzystuje się przy tym fantom zawierający naprzemiennie ułoŝone paski z dwóch materiałów o znacznie róŝniących się wartościach HU (Rycina 3). Ocena rozdzielczości sprowadza się w tym przypadku do stwierdzenia dla jakiej szerokości pasków są one jeszcze rozróŝnialne. Wielkością opisującą pośrednio rozdzielczość jest takŝe funkcja przenoszenia modulacji (ang. MTF, Modulation Transfer Function) określająca zdolność tomografu do odwzorowywania częstotliwości przestrzennych. Wartość MTF dla sygnału o określonej częstotliwości przestrzennej f dana jest przez stosunek głębokości modulacji w obrazie do głębokości modulacji w obiekcie: ( Amax Amin ) ( Amax + Amin ) MTF( f ) = ( A0max A0min ) ( A0max + A0min ) gdzie: A max, A min maksymalne i minimalne wartości HU w obrazie obiektu A 0 max, A 0 min maksymalne i minimalne wartości liniowego współczynnika osłabienia w obrazowanym obiekcie strona 7 z 7

8 Dowolny sygnał moŝna przedstawić (poprzez transformatę Fouriera) jako sumę sygnałów o określonych częstotliwościach. Oznacza to, Ŝe znajomość funkcji MTF dla całego zakresu częstotliwości f jest równowaŝna ze znajomością procesu tworzenia obrazu dowolnego obiektu. Funkcja MTF całego układu obrazującego jest iloczynem funkcji przenoszenia modulacji jego poszczególnych części składowych. Charakterystyczny jest jej zanik dla wysokich częstości odzwierciedlający skończoną rozdzielczość. Widoczne są takŝe róŝnice w przenoszeniu sygnałów w przypadku stosowania przy rekonstrukcji róŝnych filtrów matematycznych, których celem jest na przykład zwiększenie kontrastu czy rozdzielczości. Określenie wartości MTF bezpośrednio z definicji wymagałoby uŝycia fantomu, dla którego liniowy współczynnik osłabienia promieniowania w płaszczyźnie obrazowanej warstwy zmienia się sinusoidalnie wraz z połoŝeniem. Fantom taki byłby trudny do wykonania, a wynik pomiaru byłby bardzo czuły na niedokładności w ustawieniu fantomu. W praktyce wykorzystuje się inną metodę pomiaru funkcji MTF. Opiera się ona na fakcie, Ŝe MTF stanowi transformatę fourierowską funkcji odpowiedzi układu obrazującego na źródło punktowe (ang. PSF Point Spread Function). W tomografii komputerowej za obiekt punktowy uznaje się cienki drut z metalu (grubości rzędu 0,2 mm) o wysokim współczynniku osłabiania promieniowania umieszczony w powietrzu prostopadle do obrazowanej warstwy, czyli równolegle do osi z tomografu (Rycina 4). Profil wartości HU zmierzonych w obrazie takiego obiektu dostarcza informacji o przebiegu funkcji MTF w całym zakresie częstotliwości przestrzennych. Wadami tej metody są konieczność wyposaŝenia tomografu w oprogramowanie umoŝliwiające wykonanie obliczeń oraz duŝa wraŝliwość na błędy w ustawieniu fantomu (powodują one poszerzenie profilu funkcji PSF i zaniŝenie wartości MTF). Druga z wymienionych niedogodności nie dotyczy fantomów, w których drut zastąpiono metalową kulką o nieduŝej średnicy, kulka taka jednak stanowi słabsze źródło sygnału niŝ drut (szczególnie dla szerokich warstw). Metodą alternatywną dla wzrokowej oceny rozróŝnialności pasków jest pomiar standardowego odchylenia wartości HU w obrazie pasków. Jeśli fantom zawiera równieŝ dwa jednorodne obszary wykonane z tych samych materiałów co paski, to moŝliwe jest odczytanie róŝnicy wartości HU między oboma materiałami. Przy pewnych upraszczających załoŝeniach moŝna wykazać, Ŝe stosunek wyznaczonego standardowego odchylenia do róŝnicy wartości HU jest proporcjonalny do wartości funkcji MTF [24]: π M f 0 MTF ( f ) = dla f 2 CT1 - CT2 3 gdzie: M zmierzone standardowe odchylenie w obszarze zawierającym paski; CT 1, CT 2 średnie wartości HU w obu jednorodnych obszarach; f częstość przestrzenna pasków (pary linii na cm) f 0 częstość graniczna, powyŝej której MTF = KONTRASTOWA ROZDZIELCZOŚĆ OBRAZU MoŜliwość rozróŝnienia w obrazie struktur słabo skontrastowanych (o małych róŝnicach wartości HU) jest ograniczona głównie przez szum. Kontrola widoczności struktur słabo skontrastowanych z otaczającym je tłem jest, ze względu na swoje podobieństwo do sytuacji klinicznej, jednym z najwaŝniejszych testów. Jednocześnie jednak jest to jedyny test, którego wynik jest w duŝym stopniu zaleŝny od obserwatora. Podczas prowadzenia kontroli wykorzystuje się najczęściej fantomy wykonane z tworzywa sztucznego z umieszczonymi wewnątrz słabo skontrastowanymi strukturami o prostych geometrycznych kształtach i zróŝnicowanych wymiarach. strona 8 z 8

9 2.4 GRUBOŚĆ OBRAZOWANEJ WARSTWY Grubość obrazowanej warstwy jest dobierana poprzez odpowiednie ustawienie ograniczających wiązkę promieniowania kolimatorów umieszczonych przy lampie oraz kolimatorów umieszczonych przed detektorami. Ustawienie grubości warstwy determinuje rozdzielczość w kierunku wzdłuŝ długiej osi pacjenta, ma takŝe wpływ na poziom szumu (jest on odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka z grubości warstwy) oraz na dawkę pochłoniętą otrzymywaną przez pacjenta. Niedokładność w działaniu kolimatorów ma więc wpływ na wiele parametrów. NaleŜy pamiętać, Ŝe grubość warstwy obrazowanej nie jest toŝsama z grubością warstwy napromienianej (Rycina 5). Wiązka emitowana z lampy jest ograniczana kolimatorami do zadanej grubości, często jednak dodatkowe kolimatory są umieszczone przed detektorami. Dzięki dodatkowym kolimatorom detektory nie rejestrują tworzonych przez promieniowanie rozproszone półcieni wiązki, zatem warstwa obrazowana jest nieco cieńsza od warstwy napromienionej. W niektórych przypadkach kolimatory na wyjściu z lampy ustawione są szerzej, niŝ kolimatory przed detektorami. Rozwiązanie takie stosuje się ze względów konstrukcyjnych podczas pracy lampy anoda nagrzewa się i na skutek rozszerzalności cieplnej ognisko zmienia swoje połoŝenie. Zwiększenie grubości warstwy napromienianej powoduje, Ŝe niezaleŝnie od drobnych przesunięć ogniska promieniowanie nadal dociera do detektorów, jednocześnie jednak pacjent otrzymuje nieco większą dawkę. W niektórych nowych tomografach zamiast poszerzania wiązki stosuje się ruchome, podąŝające za przesunięciem ogniska kolimatory. Grubość warstwy obrazowanej moŝna wyznaczyć na podstawie obrazu odpowiednich fantomów (Rycina 6 przedstawia fantom, Rycina 9 przedstawia zasadę pomiaru). Grubość warstwy napromienianej moŝna ocenić w oparciu o znajomość profilu dawki zmierzonego w kierunku wzdłuŝ długiej osi pacjenta. Pomiar profilu dawki wymaga uŝycia ciasno upakowanych detektorów TLD lub filmu rentgenowskiego. Odczytanie dawki zmierzone detektorami TLD wymaga specjalnego oprzyrządowania, natomiast odczyt dawki z filmu polega na odczytaniu profilu zaczernienia za pomocą mikrodensytometru i przeliczenie zaczernienia na dawkę promieniowania. Ze względu na znaczne skomplikowanie pomiar grubości warstwy napromienianej nie wchodzi w zakres proponowanego w tym opracowaniu programu kontroli jakości. 2.5 PARAMETRY GEOMETRYCZNE Obraz tomograficzny dostarcza informacji o rozmiarach, kształtach i wzajemnym połoŝeniu narządów i tkanek, na podstawie których podejmowana jest diagnoza i leczenie pacjenta. WaŜne jest więc, aby obraz ten nie zawierał zniekształceń geometrycznych, tzn. aby zachowywał kształty i rozmiary rzeczywistych obiektów. Na dokładność informacji o połoŝeniu narządów i tkanek pacjenta wpływa kilka elementów. Podstawowym z nich jest poprawność geometryczna samego tomogramu, czyli dwuwymiarowego obrazu przedstawiającego pojedynczą warstwę (Rycina 10 przedstawia przykładowy fantom). Konieczna jest takŝe wystarczająco dokładna informacja o połoŝeniu tej warstwy, a to zaleŝy od dokładności wskazań połoŝenia stołu i wskazań świateł lokalizacyjnych. Typowy tomograf wyposaŝony jest w dwa układy świateł lokalizacyjnych: wewnętrzny, wskazujący na skórze pacjenta połoŝenie badanej warstwy i zewnętrzny, wskazujący połoŝenie płaszczyzny równoległej do badanej i w ustalonej odległości od niej. Stół z pacjentem ustawia się tak, aby światła zewnętrzne wskazywały na poŝądaną lokalizację pierwszej warstwy lub planowaną granicę topogramu. Następnie stół jest automatycznie przesuwany o ustaloną odległość tak, Ŝe wybrana lokalizacja wskazywana jest przez wewnętrzny układ świateł. Dokładność ustawienia świateł moŝe podlegać wahaniom w czasie. TakŜe mechanizm przesuwu stołu z czasem podlega zuŝyciu, a pojawiające się na skutek tego luzy są źródłem niepewności w określeniu połoŝenia obrazowanej warstwy. strona 9 z 9

10 Dokładność parametrów związanych z połoŝeniem nabiera szczególnego znaczenia przy wykonywaniu rekonstrukcji trójwymiarowych oraz w badaniach wykonywanych dla planowania teleradioterapii. W tym ostatnim przypadku niedokładność informacji geometrycznych przekłada się na niedokładność w planowaniu rozkładu dawki podczas napromieniania, zmniejszając tym samym prawdopodobieństwo wyleczenia i zwiększając ryzyko powikłań. 2.6 DAWKI Wielkości dozymetryczne zgodne z zaleceniami europejskimi Dawkę pochłoniętą wyraŝa się w układzie SI w grejach (1 Gy = 1 J / 1 kg). Wielkością uŝywaną w tomografii komputerowej jest tomograficzny indeks dawki CTDI 100 (ang. computed tomography dose index), tzn. profil dawki pochłoniętej scałkowany po długości komory jonizacyjnej (10 cm) umieszczonej równolegle do osi obrotu lampy i podzielony przez nominalną grubość warstwy. W praktyce obliczenie CTDI 100 sprowadza się do podzielenia wartości odczytanej na dawkomierzu (wyraŝonej w mgy cm) przez nominalną grubość warstwy. Długość komory jonizacyjnej została dobrana tak, by rejestrowała ona takŝe promieniowanie rozproszone poza obrazowaną warstwę [23]. Promieniowane rozproszone poza warstwę nie jest rejestrowane w detektorach tomografu i nie przyczynia się do powstawania obrazu, ma jednak istotny wkład do dawki otrzymywanej przez pacjenta. Tomograficzny indeks dawki moŝe być mierzony dla komory umieszczonej w powietrzu lub w otworze odpowiedniego fantomu, typowo są to fantomy w kształcie walców o średnicach 16 cm (fantom głowy) lub 32 cm (fantom tułowia) i długości co najmniej 14 cm, wykonane z pleksiglasu (Rycina 11, Rycina 12). Zgodnie z wymaganiami amerykańskimi [5] fantomy powinny być wykonane z polimetakrylanu metylu (PMMA, [C 5 H 8 O 2 ] n ) o gęstości 1,19 ± 0,01 g/cm 3. PMMA jest znany pod róŝnymi nazwami handlowymi, z których najpopularniejszą w Polsce jest pleksiglas (inne to np. perspex, lucite). Długość fantomu wynosi co najmniej 14 cm, natomiast średnica 32 cm dla pomiarów odpowiadających badaniu tułowia i 16 cm dla głowy. W fantomie wydrąŝone jest pięć równoległych do osi otworów jeden w osi obrotu i cztery co 90º na głębokości 1 cm od powierzchni fantomu. Podczas pomiaru z komorą umieszczoną w jednym z otworów pozostałe z nich powinny być zaślepione dopasowanymi prętami z pleksiglasu. Zgodnie z cytowanymi w rozporządzeniu Ministra Zdrowia [1] wytycznymi unijnymi [12] zalecaną wielkością opisującą dawkę w tomografii komputerowej jest waŝony tomograficzny indeks dawki CTDI w, czyli waŝona średnia z pomiarów CTDI 100 w pięciu otworach fantomu (1/3 wartości ze środka + 2/3 średniej z wartości zmierzonych w czterech otworach przy powierzchni). Zastosowane współczynniki wagowe dobrano tak, aby CTDI w stanowiło przybliŝenie średniej dawki w warstwie (CTDI w jest średnią dawką w warstwie przy upraszczającym załoŝeniu, Ŝe dawka zmienia się liniowo wraz z głębokością w fantomie) [24] Wielkości dozymetryczne zalecane przez amerykańską agencję FDA Przepisy FDA (ang. Food and Drug Administration) [5] zobowiązują producenta do dostarczenia wraz dozymetrycznych instrukcją szczegółowych danych dozymetrycznych (wartości dawek w poszczególnych otworach fantomu dozymetrycznego dla róŝnych parametrów obrazowania). Dane te nie są jednak podane w formie CTDI 100, lecz jako CTDI FDA. W praktyce róŝnica między powyŝszymi wielkościami sprowadza się do zastąpienia komory jonizacyjnej o długości 100 mm detektorem o łącznej długości równej czternastu nominalnym grubościom warstwy. Przy pomiarach wymaga to uŝycia odrębnej komory jonizacyjnej dla kaŝdej nominalnej grubości warstwy lub zastosowania układu odpowiednio ułoŝonych detektorów termoluminescencyjnych (TLD). Pomiar CTDI 100 jest zatem duŝo prostszy w realizacji i mniej pracochłonny. Jak jednak wspomniano, wartości CTDI FDA są podane w dokumentacji praktycznie kaŝdego tomografu. W niektórych strona 10 z 10

11 przypadkach są to jedyne dane dozymetryczne podane przez producenta. Zmierzone wartości CTDI 100 moŝna orientacyjnie porównać z podanymi przez producenta CTDI FDA korzystając z odpowiednich przeliczników (tabela 2). Zostały one wyznaczone na podstawie pomiarów dozymetrycznych wykonanych dla ośmiu róŝnych modeli tomografów [10]. Tabela 2. Współczynniki przeliczania CTDI 100 na CTDI FDA. Nominalna Fantom głowy (16 cm) Fantom tułowia (32 cm) grubość warstwy otwór fantomu [mm] środkowy boczne środkowy boczne 10 0,978 0,928 1,035 0, ,774 0,832 0,724 0, ,623 0,742 0,521 0, ,492 0,669 0,387 0,675 1,5 0,452 0,636 0,344 0, ,320 0,258 CTDI FDA CTDI 100 współczynnik z tabeli Porównanie uŝywanych wielkości dozymetrycznych W 1998 roku opublikowano pracę dowodzącą, Ŝe wielkości oparte na CTDI 100 są lepszymi estymatorami rzeczywistej dawki otrzymywanej przez pacjenta niŝ CTDI FDA [25]. Zostało to uwzględnione w normach IEC norma z 1994 [4] posługuje się jeszcze wielkością zgodną z CTDI FDA, natomiast norma z 1999 roku [26] juŝ CTDI 100. Obecnie okazuje się, Ŝe stosowanie CTDI 100 dla tomografów wielorzędowych moŝe prowadzić do zaniŝenia wyników pomiarów dawki [27]. Wynika to ze zwiększenia grubości napromienianej warstwy, a zatem i zwiększenia natęŝenia promieniowania rozproszonego poza obszar rejestracji komory (Rycina 13b). Rozwiązaniem mogłoby być dalsze zwiększanie długości komory, nie jest to jednak metoda wygodna. Alternatywnym i bardziej prawdopodobnym rozwiązaniem jest zastosowanie komory jonizacyjnej o niewielkich rozmiarach (objętości ok. 1 cm 3 lub poniŝej). UŜywając takiej komory naleŝy wykonać nie jeden, lecz całą serię skanów, co pozwoli na zarejestrowanie sumarycznej dawki wraz z promieniowaniem rozproszonym poza nominalną grubość warstwy (Rycina 13c). W przeszłości taki sposób pomiaru nie mógł być stosowany w praktyce ze względu na czasochłonność wykonywania serii skanów, w przyszłości być moŝe będzie zalecany Stabilność dawki Wielkość dawki pochłoniętej mierzonej w standaryzowanych warunkach (określony fantom i sposób umieszczenia detektorów) zaleŝy od licznych parametrów. NaleŜą do nich widmo promieniowania, natęŝenie prądu płynącego przez lampę i czas trwania ekspozycji, grubość napromienianej warstwy. Kontrola stabilności dawki słuŝy więc kontroli prawidłowości działania wielu elementów tomografu Wartości referencyjne dawek dla poszczególnych rodzajów badań Tomograf komputerowy umoŝliwia uŝytkownikowi wybranie wielu parametrów, jak np. grubości warstwy czy obciąŝenia prądowo-czasowego (mas). Wartości te dobiera się w zaleŝności od rodzaju badania (badanych narządów) i, w mniejszym stopniu, od rozmiarów pacjenta (zwiększenie mas dla pacjentów o większej masie). Najczęściej wykorzystuje się predefiniowane ustawienia wszystkich parametrów dla badań poszczególnych narządów. Kontrola dawek otrzymywanych przez pacjentów w badaniach tomograficznych słuŝy sprawdzeniu poprawności tych predefiniowanych ustawień lub poprawności pracy personelu pracowni tomograficznej. Kontrola taka polega na porównaniu zmierzonych strona 11 z 11

12 dawek fantomowych z wartościami referencyjnymi określonymi dla badań róŝnych narządów. Porównanie to moŝe dotyczyć waŝonego indeksu dawki (ang. CTDI w, weighted computed tomography dose index) opisującego dawkę od pojedynczej warstwy z przeliczeniem na grubość 1 cm oraz dawki w całym badaniu (ang. DLP, dose-length product) uwzględniającej liczbę napromienionych warstw. W obu przypadkach konieczna jest znajomość wszystkich parametrów obrazowania uŝywanych w danym badaniu, w drugim przypadku takŝe znajomość typowej liczby napromienianych warstw. Wartości referencyjne zostały podane w wytycznych Unii Europejskiej [12]. Wyznaczono je na podstawie pomiarów dawek dla wielu róŝnych tomografów jako wartości nie przekraczane w 75% pracowni. W przypadku ich przekroczenia naleŝy poszukać błędów w technice obrazowania. Błędami takimi moŝe być złe rozmieszczenie warstw (warstwy zachodzące na siebie), zobrazowanie zbyt duŝego obszaru (częstsze w tomografii spiralnej), nastawianie zbyt wysokich wartości ma lub mas (podczas gdy poŝądaną jakość obrazu moŝna osiągnąć przy wartościach mniejszych). NaleŜy jednak pamiętać, iŝ dawki referencyjne są wartościami typowymi, a nie maksymalnymi występującymi. MoŜliwe są zatem przypadki, w których na danym aparacie nie jest moŝliwe osiągnięcie wymaganej jakości obrazu (określonej przez widoczność narządów i tkanek) bez przekroczenia dawek referencyjnych. Oprócz referencyjnych wartości dawek wytyczne unijne zawierają takŝe kryteria dotyczące jakości obrazu (wyraŝone poprzez widzialność określonych struktur anatomicznych) oraz przykłady dobrej techniki obrazowania (moŝliwe ułoŝenia pacjenta, grubości warstwy itp.) dla kaŝdego uwzględnionego rodzaju badania. Ideą wytycznych jest powiązanie jakości obrazu z wielkością dawki. Jeśli któreś z kryteriów nie jest spełnione (niska jakość obrazu lub wysoka dawka), naleŝy przeanalizować sposób wykonania badania poprzez porównanie z przykładem dobrej techniki obrazowania. Jeśli natomiast kryteria są spełnione, naleŝy podjąć próbę osiągnięcia zadowalającej jakości obrazu przy zmniejszonej dawce (czyli wyznaczyć nowe, niŝsze wartości referencyjne). Posługując się wartościami referencyjnymi wyraŝonymi w formie CTDI w lub DLP naleŝy pamiętać, Ŝe wielkości te nie odzwierciedlają faktycznego naraŝenia pacjentów związanego z ekspozycją. Ocena naraŝenia wymagałaby obliczenia dawki efektywnej, która uwzględnia zróŝnicowanie skuteczności biologicznej róŝnych typów promieniowania oraz zróŝnicowanie promieniowraŝliwości róŝnych tkanek i narządów. Obliczenie dawki efektywnej wymaga znajomości rozkładu dawki w tkankach. W praktyce jest to procedura bardzo czasochłonna i ma zastosowanie głównie w ocenie naraŝenia populacji na promieniowanie. Dla porównania dawek otrzymywanych przez pacjentów badanych przy uŝyciu róŝnych tomografów wystarczający jest pomiar wielkości opartych bezpośrednio na dawce pochłoniętej Dawki w tomografii dla planowania radioterapii Zagadnienie dawki otrzymywanej przez pacjentów poddanych badaniu tomograficznemu dla celów planowania teleradioterapii jest zazwyczaj pomijane. WiąŜe się to z faktem, Ŝe dawki otrzymywane podczas napromieniania terapeutycznego są o rzędy wielkości większe niŝ podczas badania tomograficznego (w radioterapii dawki rzędu 1-2 Gy w jednej frakcji wobec kilkudziesięciu mgy w diagnostyce tomograficznej). NaleŜy jednak pamiętać, Ŝe w radioterapii rozkład dawki jest optymalizowany ze względu na ochronę narządów szczególnie wraŝliwych na promieniowanie, natomiast w tomografii komputerowej napromieniana jest cała obrazowana warstwa. Zgodnie z obowiązującym rozporządzeniem [1] dawki otrzymywane przez pacjentów poddawanych badaniu tomograficznemu nie powinny przekraczać wartości referencyjnych. Wartości te przyjęto za wytycznymi Unii Europejskiej [12], które zostały przygotowane z myślą o diagnostycznym zastosowaniu tomografii komputerowej. Warto zauwaŝyć, Ŝe znaczna część badań wymienionych i opisanych w wytycznych jest wykonywana takŝe w pracowni pracującej dla potrzeb planowania teleradioterapii. Badania te wykonywane są strona 12 z 12

13 oczywiście z innych wskazań, na przykład diagnostycznemu badaniu struktur miednicy moŝe w przypadku planowania teleradioterapii odpowiadać badanie przed napromienianiem prostaty. W takiej sytuacji diagnostyczne kryteria dotyczące widoczności w obrazie określonych tkanek i narządów niekoniecznie odpowiadają wymaganiom stawianym przez lekarzy radioterapeutów. Jednocześnie jednak takie parametry, jak grubość obrazowanych warstw lub obszar badania są podobne niezaleŝnie od przeznaczenia badania, a zatem referencyjne wartości wielkości dozymetrycznych mogą mieć zastosowanie. Niektóre badania wykonywane dla planowania teleradioterapii nie mają swoich odpowiedników pośród badań diagnostycznych, dla których podano referencyjne wartości dawek. Za przykład moŝe posłuŝyć tomografia przed napromienianiem gruczołu sutkowego. Diagnoza nowotworu tego narządu jest wykonywana w oparciu o obrazy mammograficzne lub ultrasonograficzne oraz w oparciu o inne, nieobrazowe metody. Jedynym uzasadnieniem dla badania tego narządu metodami tomografii komputerowej jest konieczność uzyskania dokładnych danych niezbędnych dla zaplanowania teleradioterapii. PoniewaŜ badanie to nie ma wartości diagnostycznej, w zaleŝności od potrzeb dopuszczalna moŝe być niŝsza jakość obrazu niŝ w przypadku np. badania płuc, dla którego referencyjne wartości dawek zostały określone. W takim przypadku niŝsza powinna być oczywiście takŝe zmierzona dawka. 2.7 PARAMETRY WIĄZKI RENTGENOWSKIEJ NAPIĘCIE, WARSTWA PÓŁCHŁONNA Przenikliwość promieniowania rentgenowskiego zaleŝy od jego energii. ObniŜanie energii poprawia kontrast, wiąŝe się jednak ze wzrostem dawki. Optymalna energia, zapewniająca najlepszy obraz przy najniŝszej dawce, zaleŝy od rozmiarów pacjenta i od składu tkankowego badanego obszaru (tkanka kostna, tkanka płucna). Dobór energii emitowanego promieniowania rentgenowskiego realizowany jest poprzez zmianę napięcia przyłoŝonego na lampie. Oznacza to, Ŝe niezamierzona zmiana (niedokładność) napięcia moŝe skutkować obniŝeniem jakości obrazu (pogorszenie kontrastu) i wzrostem dawki. W praktyce uŝytkownik nie ma moŝliwości przeprowadzenia bezpośredniego pomiaru napięcia na lampie, dostępne są jednak przyrządy wyznaczające napięcie na podstawie pomiarów wykonanych w wiązce rentgenowskiej. Wiązka rentgenowska wychodząca bezpośrednio z lampy charakteryzuje się szerokim widmem energetycznym Wartość napięcia na lampie rentgenowskiej opisuje jedynie maksymalną energię fotonów. Pewną informację o udziale w wiązce promieniowania o energiach niŝszych stanowi warstwa półchłonna, czyli grubość filtra wykonanego z określonego materiału (w rentgenodiagnostyce aluminium) powodująca zmniejszenie natęŝenia promieniowania o połowę. W przypadku uszkodzenia okienka lampy lub zamocowanych przy lampie filtrów udział promieniowania niskoenergetycznego moŝe wzrosnąć, co przełoŝy się na zmniejszenie warstwy półchłonnej. Z kolei zwiększenie grubości warstwy półchłonnej moŝe świadczyć o postępującym zuŝyciu anody w lampie i związanym z nim zwiększeniu udziału w wiązce promieniowania wysokoenergetycznego. Pomiar warstwy półchłonnej pozwala zatem na stwierdzenie róŝnego rodzaju nieprawidłowości w działaniu aparatu. Do pomiaru niezbędny jest dawkomierz oraz zestaw filtrów aluminiowych o znanych grubościach Filtracja wiązki W niektórych tomografach filtracja wiązki jest stała, w wielu jednak zaleŝy ona od rodzaju badania. W aparatach takich wybór protokołu skanowania powoduje automatyczne wsunięcie w oś wiązki odpowiedniego filtra. Filtry te mogą się róŝnić nie tylko grubością czy materiałem, z którego zostały wykonane, ale i kształtem. Oprócz typowych filtrów płaskich wykorzystywane są filtry kształtujące wiązkę, tzn. róŝnicujące jej natęŝenie i charakterystykę. Ma to związek z kształtem ciała typowego pacjenta wiązka przechodząca w pobliŝu osi obrotu lampy (czyli przez całą grubość np. głowy pacjenta) strona 13 z 13

14 zostaje najbardziej osłabiona, natomiast w obszarach zewnętrznych najmniej. Powoduje to znaczne, sięgające kilku rzędów wielkości róŝnice w poziomie sygnału z detektorów. Dzięki filtrom kształtującym wiązkę poziom sygnału w poszczególnych detektorach jest wyrównany, co oznacza lepsze dane wejściowe do rekonstrukcji obrazu, a zatem i jego wyŝszą jakość Trudności pomiarowe Z punktu widzenia pomiarów kontrolnych stosowanie róŝnej filtracji wiązki stanowi pewną trudność. Pomiary warstwy półchłonnej, wysokiego napięcia i dawki mogą dawać róŝne wyniki dla tych samych ustawień aparatu (kv, mas), a róŝnych filtrów. Dla filtrów kształtujących wiązkę mogą występować róŝnice w wynikach uzyskanych na osi centralnej i poza nią, co oznacza konieczność dokładnego pozycjonowania detektora w wiązce. Ze względu na konstrukcję detektorów pomiary warstwy półchłonnej i wysokiego napięcia moŝna przeprowadzić jedynie dla unieruchomionej lampy rentgenowskiej (nie wykonującej ruchu obrotowego). W praktyce oznacza to pomiary podczas wykonywania topogramu. W takiej sytuacji moŝliwe są dwa sposoby umieszczenia detektora: na stole lub na niezaleŝnym statywie (w przypadku detektorów lekkich, jak np. ołówkowa komora jonizacyjna, moŝe to być statyw od mikrofonu). Dla zapewnienia wystarczającego sygnału dla detektorów naleŝy wybrać jak największą grubość warstwy i prąd na lampie (ma), a przy detektorze poruszającym się wraz ze stołem jak najmniejszą prędkość przesuwu stołu. Umieszczenie detektora na stole wiąŝe się z ruchem, który moŝe powodować pewne zafałszowanie wyników. W przypadku komory jonizacyjnej waŝne jest, aby topogram sięgał z kaŝdej strony nieco poza komorę. W niektórych detektorach wysokiego napięcia powierzchnia detekcyjna składa się z dwóch części, a pomiar polega na porównaniu dwóch jednocześnie mierzonych sygnałów uzyskanych dla róŝnej filtracji wiązki. W takim przypadku obie części powierzchni detekcyjnej powinny jednocześnie wchodzić w wiązkę promieniowania rentgenowskiego. Pomiary podczas wykonywania topogramu obarczone są pewnymi wadami: problemem jest samo rozmieszczenie aparatury i kabli, aby nie zostały one uszkodzone podczas ruchu stołu; ustaloną wielkością nie jest czas trwania ekspozycji, lecz zakres topogramu określony jego pozycją początkową i końcową; w przypadku zuŝycia lub rozregulowania stołu prędkość jego ruchu podczas kolejnych topogramów moŝe się nieco róŝnić, w takiej sytuacji róŝnić się będzie takŝe czas ekspozycji i dawka; niemoŝność wykonania pomiarów dla wszystkich filtrów, jeśli niektóre z nich są uŝywane tylko w trybie tomografii. Ostatnia uwaga jest istotna przy pomiarach warstwy półchłonnej, którą naleŝy sprawdzić dla wszystkich moŝliwych wartości wysokiego napięcia i filtrów. Rozwiązaniem problemu moŝe być wykonanie pomiarów w trybie serwisowym, w którym z reguły moŝliwe jest wykonanie ekspozycji tomograficznej z zatrzymanym ruchem lampy niestety zazwyczaj wymaga to współpracy ze strony serwisu. 2.8 OGNISKO LAMPY Wielkość ogniska lampy jest jednym z czynników ograniczających rozdzielczość przestrzenną w obrazie; dla klasycznej rentgenodiagnostyki planarnej jest to czynnik podstawowy. W przypadku tomografii komputerowej na rozdzielczość ma wpływ takŝe liczba i rozmiar detektorów, dobór parametrów skanowania i wielkość macierzy rekonstrukcji obrazu. Wraz z rosnącym zuŝyciem lampy rozmiar ogniska ulega powiększeniu. Powoduje to pogorszenie rozdzielczości przestrzennej, moŝe takŝe wpływać na charakterystykę widma emitowanego promieniowania. strona 14 z 14

15 Wielkość ogniska lampy rentgenowskiej moŝna wyznaczyć uŝywając odpowiedniego fantomu, najczęściej jest to szczelina (slit camera) lub otwór (pinhole camera) o wymiarach niewielkich w stosunku do wielkości samego ogniska. Rejestrując obraz przechodzącej przez fantom wiązki rentgenowskiej otrzymujemy na filmie obraz samego ogniska, a zatem moŝemy zmierzyć jego wymiary. Obraz ten jest powiększony o czynnik wynikający ze stosunku odległości ognisko-fantom i fantom-film, jest takŝe nieco rozmyty ze względu na skończony rozmiaru szczeliny lub otworu w fantomie. W przypadku tomografu komputerowego pomiar jest utrudniony ze względu na konieczność unieruchomienia lampy, trudno jest takŝe odpowiednio precyzyjnie i stabilnie umieścić fantom i film. Szczególne trudności moŝna napotkać NaleŜy takŝe zauwaŝyć, Ŝe wielkość ogniska nie jest parametrem bezpośrednio związanym z jakością obrazu i naraŝeniem pacjenta parametrami takimi są odpowiednio rozdzielczość i warstwa półchłonna lub dawka. Wydaje się zatem, Ŝe wykonanie pomiaru wielkości ogniska jest uzasadnione jedynie w przypadku stwierdzenia pogorszenia rozdzielczości lub istotnych zmian wielkości charakteryzujących wiązkę rentgenowską. Zgodnie jednak z rozporządzeniem Ministra Zdrowia [1] pomiar wielkości ogniska jest jednym z elementów wykonywanych co najmniej raz w roku audytów zewnętrznych. 2.9 MONITORY I WYWOŁYWARKA Sprawne działanie lampy, detektorów i poprawna rekonstrukcja nie oznaczają jeszcze dobrej jakości obrazu tomograficznego. Lekarz podejmuje decyzje na podstawie obserwacji obrazu tomograficznego zarejestrowanego na kliszy lub oglądanego na monitorze. Z tego względu naleŝy kontrolować wszystkie urządzenia mających wpływ na jakość obserwowanego obrazu, w tym takŝe monitory i wywoływarki. Podczas kontroli niezbędny jest cyfrowy obraz testowy zawierający obszary o róŝnym poziomie szarości, moŝe to być np. obraz zgodny ze standardem SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) [28] (Rycina 15). Poprawność pracy monitorów moŝna ocenić analizując jakość wyświetlanego obrazu testowego, natomiast poprawność pracy wywoływarek analizując parametry obrazu testowego utrwalonego na filmie. W przypadku filmu poŝądana jest analiza ilościowa z wykorzystaniem densytometru optycznego, czyli przyrządu słuŝącego do pomiaru gęstości optycznej filmu (gęstość optyczną definiuje się jako logarytm dziesiętny stosunku natęŝenia światła padającego na film do natęŝenia światła przechodzącego przez film). strona 15 z 15

16 3. METODY WYKONYWANIA TESTÓW 3.1 UWAGI WSTĘPNE Dla zapewnienia poprawnego działania aparatury konieczne jest ustalenie jednej osoby odpowiedzialnej za prowadzenie testów (takŝe wtedy, gdy testy są wykonywane przez więcej osób) oraz sposobu postępowania w przypadku stwierdzenia nieprawidłowości (komu i w jaki sposób powinna być przekazana informacja, kto podejmuje dalsze decyzje, kto jest odpowiedzialny za kontakty z serwisem itp.). Uruchomienie aparatu powinno być zawsze wykonywane zgodnie z procedurą przewidzianą przez producenta. Procedura taka z reguły nie ogranicza się do włączenia zasilania i nagrzania lampy, ale zawiera takŝe pewne elementy kontroli działania aparatu. Najczęściej przy uruchamianiu tomografu wykonywana jest np. kalibracja detektorów, często producent zaleca codzienne wykonywanie podstawowych testów z uŝyciem fantomów. Podczas wykonywania skanów kalibracyjnych naleŝy skontrolować działanie sygnalizacji wiązki rentgenowskiej (sygnał świetlny i/lub dźwiękowy), przed badaniem pierwszego pacjenta naleŝy teŝ sprawdzić działanie świateł wskazujących płaszczyznę skanowania. Przy kaŝdym teście naleŝy dokładnie notować wszelkie nastawione parametry, uŝyte przyrządy, sposób ułoŝenia czy zamocowania fantomów tak, aby moŝliwe było pełne odtworzenie warunków pomiaru na podstawie protokołu z testu. Wszystkie uŝywane przyrządy powinny być opisane tak, aby istniała moŝliwość ich identyfikacji. Protokoły z testów naleŝy przechowywać przynajmniej dopóki dany aparat jest w uŝytku. Opis kaŝdego testu składa się z następujących części: WyposaŜenie opis fantomów i przyrządów pomiarowych wykorzystywanych podczas przeprowadzania testu. Wykonanie kolejne czynności wykonywane podczas przeprowadzania testu. Mierzone wartości wyznaczane wartości będące wskaźnikami badanego parametru. Dopuszczalne odchylenia maksymalna dopuszczalna róŝnica między wartościami zmierzonymi a wartościami odniesienia lub nominalnymi. Częstość wykonywania testu minimalna częstość, z jaką naleŝy kontrolować dany parametr. Uwagi dodatkowe informacje dotyczące sposobu przeprowadzania pomiaru, moŝliwe modyfikacje, ograniczenia stosowalności itp. Podstawa uzasadnienie dokonanego wyboru metody. Dla wszystkich testów podane zostały dopuszczalne odchylenia od nominalnych (nastawionych) wartości badanych parametrów lub od wartości odniesienia. Wartości odniesienia są oparte o wyniki testu uzyskane dla całkowicie sprawnego tomografu, np. bezpośrednio po jego instalacji i odbiorze. Przy ich wyznaczaniu testy naleŝy powtórzyć kilkukrotnie (np. w ciągu kilku kolejnych dni) tak, by uzyskać informację dotyczącą losowej zmienności mierzonego parametru. Wartości odniesienia naleŝy powtórnie wyznaczać po wprowadzeniu jakichkolwiek powaŝnych zmian w aparacie (wymiana lampy, instalacja nowej wersji oprogramowania). JeŜeli granice tolerancji przyjęte w programie kontroli jakości przewidzianym przez producenta tomografu róŝnią się od proponowanych w niniejszym opracowaniu, zawsze naleŝy wybrać kryteria ostrzejsze. W przypadku przekroczenia przez mierzony parametr granic tolerancji pierwszym krokiem powinno być zawsze powtórzenie pomiaru w celu wyeliminowania moŝliwości pomyłki (w miarę moŝliwości przez inną osobę znającą przyjęte w danym ośrodku metody wykonywania testów). Dalszymi kroki (wezwanie serwisu i/lub czasowe wstrzymanie pracy aparatu) powinny być podejmowane zgodnie z zasadami przyjętymi w danym ośrodku. strona 16 z 16

17 3.2 SZUM, JEDNORODNOŚĆ I STABILNOŚĆ WARTOŚCI HU DLA JEDNORODNEGO OBIEKTU WyposaŜenie Fantom w kształcie walca, wypełniony dowolną jednorodną substancją (preferowana jest woda, dopuszczalny jest fantom wykonany w całości z tworzywa sztucznego o wartości HU zbliŝonej do wody) (Rycina 1) Wykonanie testu 1. Fantom umieścić tak, by jego oś symetrii była równoległa do osi obrotu lampy i by cały mieścił się w obrazowanym obszarze. 2. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badanie tułowia). 3. Wykonać ekspozycję. 4. Ocenić wzrokowo jednorodność obrazu i obecność artefaktów 5. Odczytać standardowe odchylenie i średnią wartość HU w obszarze zainteresowania umieszczonym pośrodku obrazu fantomu. 6. Odczytać średnią wartość HU w obszarze zainteresowania leŝącym w dowolnym miejscu w odległości ok. 1 cm od krawędzi fantomu. 7. Powtórzyć punkt 6 dla trzech kolejnych obszarów obróconych względem poprzedniego o 90º, 180º i 270º wokół osi fantomu. 8. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania, sposób umieszczenia fantomu oraz połoŝenie i rozmiary wybranych obszarów zainteresowania tak, by pomiar był w pełni powtarzalny. 9. Powtórzyć punkty 3-8 dla innych typowych wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badania głowy) Mierzone wartości Szum: standardowe odchylenie wartości HU w środkowym obszarze zainteresowania Średnia wartość HU: średnia wartość HU w środkowym obszarze zainteresowania Jednorodność: róŝnice między średnią wartością HU w środkowym i kaŝdym z czterech pozostałych obszarów zainteresowania Obecność artefaktów: ocena wzrokowa Dopuszczalne róŝnice względem wartości odniesienia Szum: ± większe z: 10% wartości odniesienia, 0,2 HU Średnia wartość HU: ± 4 HU Jednorodność: ± 4 HU Brak artefaktów Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w miesiącu (według IEC) lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej naprawie Uwagi KaŜdy z wybranych obszarów powinien składać się z nie mniej niŝ 100 punktów obrazu, ich średnice nie powinny przekraczać 10% średnicy fantomu, obszary nie powinny zachodzić na siebie. Pomiar standardowego odchylenia i średniej wartości HU w wybranym obszarze obrazu jest moŝliwy dla kaŝdego tomografu (moŝliwość taka jest zapewniona przez wymagania FDA [5]). strona 17 z 17

18 Występowanie w obrazie koncentrycznych okręgów w przypadku tomografów trzeciej generacji (z wirującym układem detektorów) moŝe świadczyć o nieprawidłowo przeprowadzonej kalibracji detektorów Podstawa Opisana procedura jest zgodna z międzynarodową normą IEC [4], podobne pomiary opisano takŝe w raporcie IPEM [7]. Przepisy FDA [5] przewidują pomiar wielkości szumu oraz stabilności średniej wartości HU dla wody lub innego materiału. Nie uwzględniają pomiaru jednorodności obrazu, wprowadzają za to pomiar kontrastu obrazu wyraŝonego poprzez stosunek róŝnicy liniowych współczynników osłabienia wybranego materiału i wody do róŝnicy mierzonych wartości HU dla tego materiału i wody. Kontrola kontrastu jest zbędna w przypadku prowadzenia kontroli wartości HU dla róŝnych materiałów. strona 18 z 18

19 3.3 STABILNOŚĆ WARTOŚCI HU DLA RÓśNYCH MATERIAŁÓW WyposaŜenie Tomografia diagnostyczna: fantom w kształcie walca lub podobnym, wykonany z pleksiglasu lub innego materiału o wartości HU zbliŝonej do wody (lub wypełniony wodą), zawierający elementy z materiałów o wartościach HU z szerokiego zakresu (-1000 do co najmniej +1000), np. powietrze (-1000 HU), 2-3 tworzywa sztuczne o gęstości podobnej do wody (np. polietylen -90 HU, akrylik +120 HU), teflon (+990 HU) (Rycina 1). Tomografia pracująca dla planowania radioterapii: fantom w kształcie walca lub podobnym, wykonany z materiału symulującego wodę (tkanki miękkie) pod względem współczynników osłabiania promieniowania, zawierający elementy symulujące róŝne tkanki, w tym płuca (dwie róŝne gęstości), róŝne tkanki miękkie (mięśniowa, tłuszczowa) oraz kości (dwie róŝne gęstości), konieczna jest znajomość gęstości oraz względnych gęstości elektronowych wszystkich materiałów Wykonanie testu 1. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badanie tułowia) 2. Umieścić fantom w polu obrazowania tomografu 3. Wykonać ekspozycję 4. Odczytać średnią wartość HU badanego materiału w obszarze zainteresowania zawierającym nie mniej niŝ 100 elementów obrazu 5. Powtórzyć punkt 4 dla pozostałych materiałów zawartych w fantomie, względnie punkty 2-4 dla pozostałych posiadanych fantomów 6. W przypadku tomografu pracującego dla planowania radioterapii wprowadzić uzyskane obrazy do komputerowych systemów planowania leczenia, następnie odczytać wyznaczone wartości względnej gęstości elektronowej dla wszystkich badanych materiałów symulujących tkanki (w sposób analogiczny jak w punkcie 4) 7. Powtórzyć punkty 2-6 dla innych typowych wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badania głowy) 8. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania, sposób umieszczenia fantomów i wyboru obszarów zainteresowania tak, aby pomiary były w pełni powtarzalne Mierzone wartości Wartości HU dla wszystkich materiałów, w przypadku planowania radioterapii takŝe obliczone przez systemy planowania leczenia względne gęstości elektronowe (gęstość elektronowa znormalizowane do gęstości elektronowej wody) Dopuszczalne róŝnice Wartości HU dla poszczególnych materiałów (odchylenia od wartości odniesienia): wszystkie materiały: ± 4 HU Względne gęstości elektronowe (odchylenia od wartości rzeczywistych, podanych przez producenta materiałów): ρ el wzgl. 1,5 ± 0,05 ρ el wzgl. > 1,5 ± 0, Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ co pół roku lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej naprawie lub zmianie wersji oprogramowania tomografu lub systemów planowania leczenia strona 19 z 19

20 3.3.6 Uwagi Na skutek tzw. artefaktu utwardzania wiązki promieniowania wartości HU zaleŝą od miejsca ich odczytywania (połoŝenia obszaru zainteresowania w obrazie fantomu), dlatego podczas wykonywania testów naleŝy je odczytywać zawsze w identyczny sposób Podstawa Normy międzynarodowe i przepisy amerykańskie przewidują pomiar stabilności wartości HU tylko dla jednego materiału. Pomiary dla kilku materiałów wymagane są zgodnie z brytyjskim raportem IPEM [7]. Wielu producentów tomografów przewiduje pomiary dla kilku róŝnych materiałów w ramach proponowanego przez siebie programu kontroli jakości, w takich przypadkach dostarczają takŝe odpowiednie fantomy. Biorąc pod uwagę szybkość i prostotę wykonania tego typu testów są one jak najbardziej godne polecenia. Przyjęta wartość dopuszczalnego odchylenia jest zaczerpnięta z normy IEC [4], która przewiduje tolerancję ± 4 HU dla wody lub innego materiału referencyjnego, a więc de facto dla dowolnego materiału. Wymienione powyŝej akty normatywne dotyczą diagnostycznych zastosowań tomografii i nie uwzględniają waŝnego zagadnienia, jakim jest kontrola przeliczania wartości HU na wielkości uŝyteczne dla planowania radioterapii. Zaproponowane tolerancje na odchylenia względnych gęstości elektronowych zostały zaczerpnięte z zaleceń opracowanych przez Szwajcarskie Towarzystwo Radiobiologii i Fizyki Medycznej [13]. Autorzy tych zaleceń zastrzegają jednak, Ŝe proponowane wartości mają charakter jedynie orientacyjny. Najwłaściwszym postępowaniem jest wyznaczenie limitów odchyleń względnych gęstości elektronowych na podstawie oszacowania wpływu tych odchyleń na dokładność obliczenia rozkładu dawki dla napromienianego pacjenta (w oparciu o znajomość algorytmów obliczeń zastosowanych w uŝywanym systemie planowania leczenia). strona 20 z 20

21 3.4 ROZDZIELCZOŚĆ PRZESTRZENNA OBRAZU WyposaŜenie Fantom zawierający w płaszczyźnie obrazowanej warstwy wzory z naprzemiennie ułoŝonych podłuŝnych elementów, wykonanych z dwu materiałów o wartościach HU róŝniących się co najmniej o 100. KaŜdy wzór powinien składać się z około pięciu par elementów, częstości przestrzenne powinny obejmować zakres od pasków łatwo rozróŝnialnych do zlewających się (typowo od ok. 3 pl/cm do 15 pl/cm, pl pary linii), długość pasków nie moŝe być mniejsza niŝ dziesięciokrotność szerokości paska. Fantom pomiarowy powinien takŝe zawierać dwa obszary odniesienia o średnicy minimum 1 cm wykonane z tych samych materiałów co paski i umieszczone w ich pobliŝu (Rycina 3) Wykonanie testu 1. Umieścić fantom w polu obrazowania tomografu 2. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badanie tułowia) 3. Wykonać ekspozycję 4. Wybrać obszar zainteresowania wewnątrz jednej z grup, odczytać standardowe odchylenie wartości HU 5. Powtórzyć punkt 4 kolejno dla wszystkich grup 6. Odczytać średnie wartości HU w obu obszarach odniesienia 7. Powtórzyć punkty 3-6 dla innych typowych wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badania głowy). 8. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania, sposób umieszczenia fantomu i wyboru obszarów zainteresowania tak, aby pomiary były w pełni powtarzalne Mierzone wartości Modulacja w poszczególnych grupach pasków: Modulacja: (standardowe odchylenie wartości HU w grupie) / (róŝnica między wartościami HU w obu obszarach odniesienia) Dopuszczalne róŝnice względem wartości odniesienia Modulacja: ± 15 % Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz na miesiąc (według rozporządzenia Ministra Zdrowia), lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej naprawie tomografu lub zmianie wersji oprogramowania Uwagi Opisany fantom moŝe takŝe słuŝyć do szybkiej oceny rozdzielczości poprzez określenie największej wizualnie rozróŝnialnej częstości przestrzennej, jest to jednak ocena dość subiektywna, zaleŝna od warunków oświetleniowych, a przede wszystkim mało dokładna (umoŝliwia dostrzeŝenie negatywnych zmian dopiero wtedy, gdy któraś grupa pasków przestaje być rozróŝnialna, w zaleŝności od posiadanego fantomu np. przy spadku rozdzielczości z 10 do 8 pl/cm, czyli przy pogorszeniu o 20%) [15]. JeŜeli fantom nie zawiera jednorodnych obszarów wykonanych z tych samych materiałów co paski, naleŝy mierzyć samo standardowe odchylenie Podstawa Opisany sposób pomiaru jest zgodny z zalecanym w normie IEC [4], która jednak wymaga pomiaru modulacji tylko dla jednego wzoru przestrzennego (dla którego strona 21 z 21

22 modulacja zmierzona przy wyznaczaniu wartości odniesienia była najbardziej zbliŝona do 0,2). Inną metodą oceny rozdzielczości jest pomiar funkcji MTF zawierającej informację o przenoszeniu przez układ pełnego zakresu częstości przestrzennych, co wraz z informacją o poziomie szumu w obrazie determinuje rozdzielczość. Procedura taka wymaga jednak wykorzystania specjalnego oprogramowania i fantomu (Rycina 4). Metoda proponowana w niniejszym opracowaniu do rutynowego stosowania jest prostsza i umoŝliwia szybkie wykrycie zmian rozdzielczości. strona 22 z 22

23 3.5 KONTRASTOWA ROZDZIELCZOŚĆ OBRAZU WyposaŜenie Fantom w kształcie walca, wykonany z jednorodnego materiału, z umieszczonymi wewnątrz elementami o zróŝnicowanych rozmiarach. Elementy powinny być wykonane z materiału o wartości HU róŝniącej się niewiele od materiału fantomu; elementy mogą, ale nie muszą róŝnić się między sobą wartościami HU. Fantom i parametry obrazowania powinny być dobrane tak, aby dla sprawnie działającego aparatu (podczas wyznaczania wartości odniesienia) część elementów była widoczna w obrazie, cześć natomiast nie Wykonanie testu 1. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badanie tułowia) 2. Umieścić fantom w polu obrazowania tomografu 3. Wykonać ekspozycję 4. Manipulując poziomem i szerokością okna sprawdzić liczbę widocznych niskokontrastowych struktur 5. Powtórzyć punkty 2-4 dla innych typowych wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badania głowy). 6. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania i sposób umieszczenia fantomu, aby pomiary były w pełni powtarzalne Mierzone wartości Liczba widocznych struktur niskokontrastowych w fantomie Dopuszczalne róŝnice względem wartości odniesienia Liczba widocznych struktur nie mniejsza od wartości odniesienia Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz na miesiąc (według rozporządzenia Ministra Zdrowia), lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej naprawie tomografu lub zmianie wersji oprogramowania Uwagi W przypadku, w którym wykorzystuje się fantom dostarczony wraz z tomografem, przy wyznaczaniu wartości odniesienia moŝna uwzględnić sugestie zawarte w instrukcji do fantomu. JeŜeli jednak faktyczne wyniki testów są lepsze niŝ sugerowane w instrukcji, wartość odniesienia naleŝy wyznaczyć w oparciu o wyniki testów. Zgodnie z zaleceniami Komisji Europejskiej [2] minimalnym wymaganiem wobec tomografu jest widoczność polistyrenowych walców o średnicy 3,5 mm umieszczonych prostopadle do płaszczyzny obrazowania w fantomie wypełnionym wodą. Jeśli uŝywany fantom umoŝliwia skontrolowanie spełnienia tego warunku, naleŝy wziąć go pod uwagę przy wyznaczaniu wartości odniesienia Podstawa Prowadzenie kontroli rozdzielczości niskiego kontrastu jest obowiązkowe zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia [1]. Sposób wykonywania testu i interpretacji wyników bardzo silnie zaleŝy od stosowanego fantomu. strona 23 z 23

24 3.6 GRUBOŚĆ OBRAZOWANEJ WARSTWY WyposaŜenie Fantom zawierający jeden lub więcej (preferowane są dwa) paski z aluminium (lub materiału o wyŝszej wartości HU) umieszczone pod kątem w stosunku do płaszczyzny obrazowanej warstwy; grubość pasków musi być mniejsza niŝ grubości uŝywanych warstw (Rycina 6) Wykonanie testu 1. Umieścić fantom tak, by jego oś pokrywała się z osią obrotu lampy (lub zgodnie z instrukcją obsługi fantomu) 2. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania (np. dla typowego badanie tułowia) 3. Wykonać ekspozycję 4. Ustawić najwęŝsze moŝliwe okno wartości HU (ang. window width) i znaleźć minimalny poziom okna (ang. window level), dla którego przestaje być widoczne tło (obraz fantomu zlewa się z obrazem otaczającego powietrza, widoczne są tylko aluminiowe paski), następnie zapisać poziom okna w formularzu jako HU tło 5. Znaleźć minimalny poziom okna, dla którego przestają być widoczne paski, zapisać poziom okna w formularzu jako HU paski 6. Ustawić poziom okna na średnią z wyznaczonych wartości HU tło i HU paski 7. Zmierzyć szerokość paska w obrazie d 1, wpisać w formularz 8. Powtórzyć punkt 7 dla drugiego paska, wpisać wartość d 2 9. Powtórzyć punkty 3-8 dla innych typowych parametrów obrazowania (np. dla typowego badania głowy) oraz dodatkowo dla minimalnej i maksymalnej dostępnej grubości warstwy Mierzone wartości Grubości warstw D: D = (d 1 + d 2 ) / 2 Jeśli paski są nachylone pod katem innym niŝ 45º uzyskaną wartość naleŝy przemnoŝyć przez odpowiedni czynnik (podany w instrukcji fantomu) Dopuszczalne róŝnice względem wartości nominalnych Grubość warstwy: ± 20% nominalnej grubości warstwy Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w miesiącu (według IEC) lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej ingerencji w mechanizm kolimatorów Uwagi Stosowane są takŝe fantomy uproszczone, w których kaŝdy z pasków zastąpiono serią kilkunastu niewielkich obiektów, np. pęcherzyków powietrza lub kulek (Rycina 7). W takim przypadku pomiar grubości warstwy sprowadza się do policzenia liczby widocznych w obrazie obiektów. Metoda ta jest szybsza i wygodniejsza, jednak zdecydowanie mniej dokładna. W przypadku obrazowania spiralnego wyniki uzyskane przy uŝyciu opisanego fantomu są zafałszowane wskutek ruchu stołu i fantomu. Dokładny pomiar dla trybu spiralnego moŝna wykonać uŝywając fantomu zawierającego cienki metalowy dysk (grubości np. 0,05 mm) ułoŝony równolegle do płaszczyzny obrazowanej warstwy (Rycina 8). NaleŜy zrekonstruować serię obrazów w małych odstępach (np. rzędu 1/10 nominalnej grubości warstwy), następnie w kaŝdym z nich odczytać wartości HU dla dysku i wykreślić profil odczytanych wartości. Odczytanie szerokości profilu w połowie maksymalnej wysokości daje informację o grubości warstwy. Test w trybie spiralnym nie jest zalecany do rutynowego wykonywania. strona 24 z 24

25 Opisany test dotyczy grubości warstwy obrazowanej. Sprawdzenie grubości warstwy napromienianej wymaga skomplikowanych pomiarów, które nie wchodzą w zakres niniejszego opracowania. W przypadku wykonywania kontroli grubości napromienianej warstwy za granicę tolerancji naleŝy przyjąć ± 20% względem wartości nominalnej [2] Podstawa Opisana metoda jest zgodna z międzynarodową normą IEC [4]. Spotykane są takŝe metody róŝniące się tylko sposobem odczytu wyniku zamiast manipulowania poziomem i szerokością okna moŝna np. programowo wykreślić profil wartości HU wzdłuŝ linii przechodzącej przez pasek i odczytać szerokości profilu w połowie jego wysokości (ang. Full Width at Half Maximum, FWHM) (Rycina 9). strona 25 z 25

26 3.7 DOKŁADNOŚĆ WSKAZAŃ PRZESUWU STOŁU WyposaŜenie Dokładna linijka lub taśma miernicza Masa około ok kg do obciąŝenia stołu (lub asystent) Wykonanie testu 1. Umocować taśmę mierniczą lub linijkę tak, by moŝliwy był pomiar przesuwu stołu. 2. ObciąŜyć stół równomiernie rozłoŝoną masą ok kg (odpowiadającą typowemu pacjentowi). 3. Przesunąć stół o odległość nominalną 30 cm, zanotować w formularzu róŝnicę między odległością nominalną a zmierzoną (A max ). 4. Przesunąć stół o identyczną odległość nominalną w przeciwnym kierunku, zanotować w formularzu róŝnicę między połoŝeniem początkowym a aktualnym (A 0 ). 5. Powtórzyć punkty 3-4 dla przesunięcia w przeciwnym kierunku (B max, B 0 ). 6. Powtórzyć punkty 3-5 przesuwając stół na mniejszą odległość kilkoma (ok. 5) krokami odpowiadającymi przesuwowi stołu między kolejnymi warstwami podczas typowego badania (np. co 5 mm); zanotować wartości C max, C 0, D max, D Mierzone wartości RóŜnice mierzonych i wskazywanych pozycji stołu dla jego przesunięcia o ustaloną odległość i z powrotem w dwu kierunkach, przy ruchu ciągłym oraz krokowym: A max, A 0, B max., B 0, C max, C 0, D max, D Tolerancja dla mierzonych wartości A max, B max., C max, D max: 2 mm A 0, B 0, C 0, D 0 : 1 mm Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w miesiącu (według IEC) lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej ingerencji w mechanizm stołu Uwagi Test ten moŝna wykonać podczas badania pacjenta. W przypadku tomografu pracującego dla potrzeb planowania leczenia naleŝy zwrócić szczególną uwagę, aby granice tolerancji były zgodne z przyjętymi w analogicznych testach symulatorów i aparatów do teleradioterapii Podstawa Ocena dokładności świetlnych wskaźników połoŝenia jest przewidziana w rozporządzeniu Ministra Zdrowia [1], wykorzystano metodę opisaną w normie IEC [4]. Przepisy FDA [5] nie przewidują prowadzenia regularnej kontroli dokładności ustawienia stołu, nakładają jednak wymóg 1 mm dokładności wskazań ustawienia stołu w warunkach obciąŝenia masą 100 kg lub mniejszą podczas przesuwania go o odległość 30 cm i powrotu do pozycji wyjściowej. Tolerancja ta dotyczy dokładności wskazań sprawdzanej w dowolnym momencie przesuwania. W opracowaniu [11] proponowana jest alternatywna metoda pomiaru dokładności wskazań połoŝenia stołu polegająca na umieszczeniu na krokowo przesuwanym stole filmu rentgenowskiego i wykonywaniu ekspozycji po kaŝdym przesunięciu (grubość napromienianych warstw musi być mniejsza niŝ odstęp między nimi). Pomiar odległości między krawędziami linii na wywołanym filmie umoŝliwia ocenę odległości, o jakie przesuwany jest stół. Metoda ta moŝe być wygodniejsza w realizacji, wydaje się być jednak mniej dokładna. strona 26 z 26

27 3.8 DOKŁADNOŚĆ WSKAZAŃ ŚWIETLNYCH WSKAŹNIKÓW POŁOśENIA WARSTWY WyposaŜenie Film w światłoszczelnej kopercie Wykonanie testu 1. PołoŜyć film na powierzchni stołu, zaznaczyć na powierzchni koperty połoŝenie zewnętrznych wiązek świetlnych (np. ołówkiem). 2. Automatycznie wsunąć stół z filmem, porównać połoŝenie wewnętrznych wiązek świetlnych na filmie z naniesionymi oznaczeniami. 3. Nakłuwając film igłą zaznaczyć na nim połoŝenie wewnętrznych wiązek świetlnych. 4. Wykonać ekspozycję dla minimalnej dostępnej grubości warstwy. 5. Wywołać film, porównać połoŝenie nakłuć i naświetlonej warstwy Mierzone wartości RóŜnica między wskazaniami świateł zewnętrznych i wewnętrznych (oznaczenia ołówkiem i nakłucia), róŝnica między faktycznym a wskazywanym przez wewnętrzny układ świateł połoŝeniem napromienianej warstwy (nakłucia i naświetlona warstwa) Tolerancja dla mierzonych wartości Wszystkie wartości: 2 mm Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w miesiącu (według rozporządzenia Ministra Zdrowia) lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdym otwarciu obudowy tomografu (moŝliwość przesunięcia świateł) Uwagi Test zgodności wskazań świateł zewnętrznych i wewnętrznych moŝna wykonać bez filmu (układając na stole markery lub zaznaczając połoŝenie świateł na kartce papieru) Test zgodności wskazań świateł wewnętrznych z połoŝeniem warstwy moŝna wykonać bez uŝycia filmu, układając na stole niewielkie znaczniki o wysokiej wartości HU i obserwując ich obraz tomograficzny Podstawa Ocena dokładności świetlnych wskaźników połoŝenia jest przewidziana w rozporządzeniu Ministra Zdrowia [1], wykorzystano metodę opisaną w publikacji [11]. strona 27 z 27

28 3.9 POPRAWNOŚĆ GEOMETRYCZNA OBRAZU WyposaŜenie Fantom umoŝliwiający pomiar odległości w obrazie w róŝnych kierunkach; typowo jest to fantom w kształcie walca lub prostopadłościanu, wypełniony wodą lub wykonany z tworzywa sztucznego, w obrazie którego widoczne są wyraźnie odcinające się od tła fantomu punktowe struktury (cienkie druty lub otwory umieszczone prostopadle do płaszczyzny obrazowanej warstwy), tworzące kształt kwadratu lub okręgu, rozmieszczone w znanych odległościach od siebie (Rycina 10) Wykonanie testu 1. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania, w tym powiększenia obrazu 2. Umieścić fantom w polu obrazowania tomografu 3. Wykonać ekspozycję 4. Zmierzyć odległości między poszczególnymi strukturami w obrazie (w róŝnych kierunkach, takŝe prostopadłych do siebie) 5. W przypadku tomografu pracującego dla planowania radioterapii wprowadzić uzyskane obrazy do komputerowych systemów planowania leczenia, następnie zmierzyć odległości między poszczególnymi strukturami (analogicznie do punktu 4) 6. Powtórzyć punkty 3-5 dla innych typowych wartości powiększenia obrazu 7. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania i sposób umieszczenia fantomów tak, aby pomiary były w pełni powtarzalne Mierzone wartości Odległości między strukturami w obrazie fantomu Dopuszczalne róŝnice względem wartości nominalnych Wszystkie odległości: ± 1 mm Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ co pół roku lub częściej według zaleceń producenta tomografu oraz po kaŝdej naprawie lub zmianie wersji oprogramowania tomografu lub systemów planowania leczenia Uwagi Jednorazowemu sprawdzeniu w ramach testów akceptacyjnych (oraz po zmianie wersji oprogramowania tomografu lub systemów planowania leczenia) powinna podlegać takŝe orientacja przestrzenna obrazu. W szczególności naleŝy skontrolować prawidłowość przekazu informacji o ułoŝeniu pacjenta (głowa/stopy pierwsze, na plecach/brzuchu lub lewym/prawym boku) oraz o parametrach samego badania (na przykład kąt ustawienia lampy przy wykonywaniu topogramu). UmoŜliwia to wykluczenie powaŝnych błędów polegających np. na zamianie prawej strony z lewą lub odwróceniu kolejności warstw [29] Podstawa Zarówno normy międzynarodowe, jak polskie prawodawstwo nie przewidują pomiaru geometrycznej poprawności obrazu. Wydaje się jednak, iŝ jest to zagadnienie waŝne. Tego typu testy nie są bardzo czasochłonne, są proste w wykonaniu i nie wymagają specjalistycznych, firmowych fantomów (w przypadku ich braku moŝna uŝywać np. płyty z pleksiglasu z nawierconymi cienkimi otworami). Przyjęta wartość dopuszczalnego odchylenia jest zaczerpnięta z zaleceń opracowanych przez Szwajcarskie Towarzystwo Radiobiologii i Fizyki Medycznej [13]. strona 28 z 28

29 3.10 KONTROLA STABILNOŚCI DAWKI WyposaŜenie Fantomy dozymetryczne w kształcie walców o średnicach 16 oraz 32 cm i długości powyŝej 14 cm, wykonane z pleksiglasu (PMMA, polimetakrylan metylu) o gęstości 1,19 ± 0,01 g/cm 3, z pięcioma otworami równoległymi do osi fantomu (jeden w osi i cztery peryferyjne rozmieszczone co 90º na głębokości 1 cm od powierzchni fantomu). Otwory powinny mieć średnicę odpowiadającą średnicy uŝywanej komory jonizacyjnej, powinna takŝe istnieć moŝliwość ich wypełnienia prętami z PMMA (Rycina 11). Komora jonizacyjna w kształcie walca o średnicy rzędu 1 cm i długości części aktywnej 10 cm (tzw. ołówkowa ) oraz dawkomierz (z aktualnymi certyfikatami kalibracji w zakresie energii promieniowania uŝywanych w tomografii komputerowej) (Rycina 12) Wykonanie testu 1. Fantom tułowia (o średnicy 32 cm) umieścić tak, by jego oś symetrii pokrywała się z osią obrotu lampy 2. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania dla badania tułowia 3. Umieścić komorę jonizacyjną w środkowym otworze fantomu tak, by połowa jej długości wypadała pośrodku grubości napromienianej warstwy (pozostałe otwory powinny być wypełnione prętami z PMMA) 4. Wykonać ekspozycję 5. Odczytać zmierzoną dawkę D (mgy cm), wpisać do formularza 6. Powtórzyć punkty 4-5 dla komory umieszczonej analogicznie w górnym otworze ( na godzinie dwunastej ) lub, jeśli lampa nie obraca się o wielokrotność 360º, w tym otworze, w którym dawka jest największa 7. Powtórzyć punkty 3-6 dla fantomu o średnicy 16 cm i typowych wartości parametrów obrazowania dla badania głowy 8. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania, sposób ułoŝenia fantomu oraz umieszczenia komory tak, aby pomiary były w pełni powtarzalne Mierzone wartości Wartości CTDI 100 (D podzielone przez nastawioną grubość warstwy) dla fantomu głowy i tułowia w otworach środkowym i górnym (lub charakteryzującym się najwyŝszą dawką) Dopuszczalne róŝnice względem wartości odniesienia Wszystkie wartości: ± 20% Częstość wykonywania testu Nie rzadziej, niŝ raz na rok (wg rozporządzenia Ministra Zdrowia) oraz po kaŝdej naprawie lub wymianie lampy lub generatora Uwagi Test ten nie słuŝy ocenie wielkości dawki otrzymywanej przez pacjentów, jego celem jest jedynie kontrola stabilności pracy aparatu Zamiast komory jonizacyjnej moŝna uŝywać odpowiednio rozmieszczonych detektorów termoluminescencyjnych (TLD) Przy kontroli stabilności dawki w czasie moŝna zrezygnować z uŝywania fantomu i posługiwać się sam komorą; waŝne jest, by zawsze była ona umieszczona w ten sam sposób Przy ustawianiu fantomu moŝna kierować się wskazaniami świateł lokalizacyjnych. Poprawność ustawienia fantomu naleŝy zweryfikować w oparciu o obrazy strona 29 z 29

30 topograficzne i tomograficzne. Rycina 14 przedstawia proponowane tolerancje na dokładność ustawienia (zgodnie z opracowaniem [9]) Podstawa Opisana metoda pomiaru jest zgodna z międzynarodową normą IEC [4], która jednak zakłada kontrolowanie dawki przynajmniej raz na pół roku. Raport IPEM [7] przewiduje pomiar dawki w powietrzu, bez uŝycia fantomu. strona 30 z 30

31 3.11 KONTROLA DAWKI W POSZCZEGÓLNYCH BADANIACH WyposaŜenie Fantomy dozymetryczne w kształcie walców o średnicach 16 oraz 32 cm i długości powyŝej 14 cm, wykonane z pleksiglasu (PMMA, polimetakrylan metylu) o gęstości 1,19 ± 0,01 g/cm 3, z pięcioma otworami równoległymi do osi fantomu (jeden w osi i cztery peryferyjne rozmieszczone co 90º na głębokości 1 cm od powierzchni fantomu). Otwory powinny mieć średnicę odpowiadającą średnicy uŝywanej komory jonizacyjnej, powinna takŝe istnieć moŝliwość ich wypełnienia prętami z PMMA (Rycina 11) Komora jonizacyjna w kształcie walca o średnicy rzędu 1 cm i długości części aktywnej 10 cm (tzw. ołówkowa ) oraz dawkomierz (z aktualnymi certyfikatami kalibracji w zakresie energii promieniowania uŝywanych w tomografii komputerowej) (Rycina 12) Wykonanie testu 1. Ustawić typowe wartości parametrów obrazowania dla wybranego badania, dla którego podano wartości referencyjne dawek i które jest wykonywane w pracowni 2. Umieścić właściwy fantom (o średnicy 32 cm dla badań tułowia lub o średnicy 16 cm dla badań głowy) tak, by jego oś symetrii pokrywała się z osią obrotu lampy 3. Umieścić komorę jonizacyjną w środkowym otworze fantomu tak, by połowa jej długości wypadała pośrodku grubości napromienianej warstwy (pozostałe otwory powinny być wypełnione prętami z PMMA) 4. Wykonać ekspozycję 5. Odczytać zmierzoną dawkę D 0 (mgy cm), wpisać do formularza 6. Powtórzyć punkty 4-5 dla komory umieszczonej w kolejnych czterech otworach fantomu wpisując do formularza odczytane wartości D 1, D 2, D 3, D 4 7. Zanotować w formularzu wszystkie parametry obrazowania tak, aby pomiary były w pełni powtarzalne 8. Powtórzyć punkty 1-7 dla innych badań w razie potrzeby zmieniając fantom Mierzone wartości WaŜony tomograficzny indeks dawki CTDI w dla badań poszczególnych narządów: CTDI w = { 2/3 (średnia z D 1-4 ) + 1/3 D 0 } / nominalna grubość warstwy [mm] Dawka w całym badaniu DLP dla badań poszczególnych narządów: DLP = liczba napromienionych warstw nominalna grubość warstwy [mm] CTDI w Dla tomografii spiralnej DLP = czas ekspozycji [s] prąd na lampie [ma] nominalna grubość warstwy [mm] n CTDI w gdzie n CTDI w = znormalizowane CTDI w, czyli CTDI w zmierzone dla pojedynczej warstwy podzielone przez iloczyn czasu i prądu strona 31 z 31

32 Wartości referencyjne: Mierzone wartości nie powinny przekraczać wartości referencyjnych podanych w poniŝszej tabeli: rodzaj badania CTDI w [mgy] DLP [mgy cm] mózg twarzoczaszka, zatoki kręgi i struktury przykręgowe klatka piersiowa tomografia wysokiej rozdzielczości (płuca) jama brzuszna wątroba i śledziona struktury miednicy obręcz biodrowa Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz na rok (wg rozporządzenia Ministra Zdrowia) oraz po kaŝdej zmianie sposobu wykonywania badań Uwagi W chwili obecnej wartości referencyjne są określone tylko dla części spośród typowo wykonywanych badań diagnostycznych Ze względu na znaczne róŝnice w konstrukcjach tomografów wartości referencyjnych nie moŝna traktować jako nieprzekraczalnych limitów Przy ustawianiu fantomu moŝna kierować się wskazaniami świateł lokalizacyjnych. Poprawność ustawienia fantomu naleŝy zweryfikować w oparciu o obrazy topograficzne i tomograficzne. Rycina 14 przedstawia proponowane tolerancje na dokładność ustawienia (za opracowaniem [9]) Podstawa Sposób pomiaru, stosowane wielkości dozymetryczne oraz wartości referencyjne zostały zaczerpnięte z wytycznych Unii Europejskiej [12]. Wartości referencyjne dawek oraz zalecenia dotyczące parametrów technicznych badania opublikowane w rozporządzeniu Ministra Zdrowia [1] zostały opracowane na podstawie wytycznych unijnych i są z nimi zgodne. strona 32 z 32

33 3.12 DOKŁADNOŚĆ I POWTARZALNOŚĆ USTAWIENIA NAPIĘCIA WyposaŜenie Miernik umoŝliwiający nieinwazyjny pomiar wysokiego napięcia na lampie (kvp divider, kvp meter) Wykonanie testu 1. Detektor miernika umieścić na stole bądź na niezaleŝnym od stołu statywie 2. Dla kaŝdej dostępnej wartości wysokiego napięcia (lub co 10 kv, jeśli istnieje moŝliwość dowolnej regulacji napięcia) wykonać pomiar w następujących warunkach: największa moŝliwa grubość warstwy odpowiednio duŝy prąd na lampie (ma) stałe połoŝenie lampy w pozycji 0 (topogram lub tryb serwisowy) 3. Dla trzech wybranych wartości wysokiego napięcia (minimalnej, maksymalnej i najczęściej uŝywanej z pośrednich) wykonać dodatkowo po cztery pomiary (tak, by w sumie było ich po pięć) Mierzone wartości kv wartości wysokiego napięcia zmierzone w pojedynczych pomiarach (dla róŝnych wartości nominalnych) Rozrzut róŝnica między maksymalnym a minimalnym wynikiem pomiaru w serii pięciu pomiarów wykonanych dla stałej wartości nominalnej Tolerancja dla mierzonych wartości kv: 10% wartości nominalnej Rozrzut: 10% wartości średniej w serii pomiarów Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz na rok (według rozporządzenia Ministra Zdrowia) oraz po naprawie/wymianie lampy lub generatora Uwagi Przed wykonaniem testu naleŝy zapoznać się z rozdziałem 2.7.2, a w szczególności z informacjami o moŝliwych sposobach umocowania detektora i ustawienia parametrów skanowania Podstawa Opisana metoda stanowi adaptację metod uŝywanych w rentgenodiagnostyce planarnej. Przyjęto tolerancje zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia [1]. strona 33 z 33

34 3.13 WARSTWA PÓŁCHŁONNA Testy kontrolne w rentgenowskiej tomografii komputerowej WyposaŜenie Komora jonizacyjna w kształcie walca o średnicy rzędu 1 cm i długości części aktywnej 10 cm (tzw. ołówkowa ) oraz dawkomierz (z aktualnymi certyfikatami kalibracji w zakresie energii promieniowania uŝywanych w tomografii komputerowej) Filtry aluminiowe wielkości co najmniej 10 cm 10 cm, dobrane tak, by przez ich złoŝenie moŝliwe było uzyskanie filtrów o grubościach poniŝej i powyŝej grubości warstwy półchłonnej Taśma maskująca Wykonanie testu 1. Komorę umieścić na osi obrotu lampy rentgenowskiej tak, by jej środek znajdował się w płaszczyźnie obrazowania; komora nie moŝe poruszać się podczas pomiarów, stół musi być wysunięty poza płaszczyznę obrazowania. 2. Wybrać najczęściej uŝywaną wartość wysokiego napięcia, największą moŝliwą grubość warstwy i największy moŝliwy prąd na lampie (ma) 3. Ustawić lampę w pozycji 180 (na dole) lub, jeśli nie jest to moŝliwe, w pozycji 0 (na górze) 4. Wykonać ekspozycję, odczytać dawkę 5. Filtr o grubości mniejszej od przewidywanej grubości warstwy półchłonnej połoŝyć na obudowie gantry, nad lampą rentgenowską (tak, by przesłaniał wiązkę); jeśli lampa jest ustawiona w pozycji 0, filtr naleŝy przykleić taśmą maskującą do obudowy gantry pod lampą rentgenowską 6. Wykonać ekspozycję, odczytać dawkę 7. Zwiększyć grubość filtra tak, by była większa od przewidywanej grubości warstwy półchłonnej 8. Wykonać ekspozycję, odczytać dawkę 9. Jeśli dawka zmierzona w punkcie 8 jest większa niŝ połowa dawki zmierzonej w punkcie 4, powtórzyć pomiar odpowiednio zwiększając grubość filtra 10. Powtórzyć punkty 2-9 dla wszystkich pozostałych uŝywanych wartości wysokiego napięcia i filtrów wpływających na wartość warstwy półchłonnej Wyznaczane wartości Dla kaŝdego napięcia i filtracji wiązki naleŝy obliczyć grubość warstwy półchłonnej zgodnie z poniŝszym wzorem: gdzie: WP = t 2 ln [ 2E ] [ ] 1 / E 0 - t1 ln 2E 2 / E 0 ln[ E / E ] WP grubość warstwy półchłonnej [mm Al] E 0 dawka zmierzona w p. 4 (bez filtru aluminiowego) E 1 dawka zmierzona w p. 6 (z filtrem cieńszym niŝ warstwa półchłonna) E 2 dawka zmierzona w p. 8 (z filtrem grubszym niŝ warstwa półchłonna) t 1 grubość filtru w p. 6 (filtr cieńszy niŝ warstwa półchłonna) [mm Al] t 2 grubość filtru w p. 8 (filtr grubszy niŝ warstwa półchłonna) [mm Al] 1 2 strona 34 z 34

35 Tolerancja dla wyznaczanych wartości Dla kaŝdego napięcia wyznaczone grubości warstwy półchłonnej muszą być większe od podanych w poniŝszej tabeli: Napięcie [kv] Minimalna warstwa póchłonna [mm Al] 60 1,5 70 1,8 80 2,1 90 2, , , , , , ,1 Minimalne warstwy półchłonne dla napięć pośrednich w stosunku do zamieszczonych w tabeli otrzymuje się przez interpolację liniową. Minimalne warstwy półchłonne dla napięć spoza podanego w tabeli zakresu otrzymuje się przez ekstrapolację liniową Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w roku (według rozporządzenia Ministra Zdrowia) oraz po kaŝdej naprawie lub wymianie lampy rentgenowskiej lub filtrów wpływających na charakterystykę wiązki Uwagi Przed wykonaniem testu naleŝy zapoznać się z rozdziałem 2.7.2, a w szczególności z informacjami o moŝliwych sposobach umocowania komory i ustawienia parametrów skanowania Komorę moŝna umocować na statywie od mikrofonu; jeśli pomiary wykonywane są w trybie serwisowym (bez poruszania stołem), komorę moŝna zamocować do krawędzi stołu. Ustawiając komorę moŝna się kierować wskazaniami świateł lokalizacyjnych; wskazane jest zweryfikowanie poprawności ustawienia komory w oparciu o obrazy tomograficzne Podstawa Opisana metoda pomiaru jest oparta na protokole przyjętym przez brytyjską grupę ImPACT [9]. Przyjęto tolerancje zgodnie rozporządzeniem Ministra Zdrowia [3]. strona 35 z 35

36 3.14 OGNISKO LAMPY Testy kontrolne w rentgenowskiej tomografii komputerowej WyposaŜenie Fantom z wąską szczeliną do pomiaru wielkości ogniska (slit camera). Produkowane są fantomy ze szczelinami o róŝnych szerokościach (dla rentgenodiagnostyki typowo 0,03 mm), przeznaczone do róŝnych zakresów wielkości ognisk; przy wyborze właściwego fantomu naleŝy kierować się nominalną wielkością ogniska podaną w dokumentacji tomografu. Szkło powiększające z podziałką co 0,1 mm lub gęstszą Filmy w światłoszczelnych kopertach lub w kasecie Wykonanie testu 1. Ustawić lampę w pozycji w pozycji 0 (na górze) 2. UłoŜyć film w kopercie lub kasetę z filmem poziomo tak, by jego geometryczny środek znajdował się pod ogniskiem lampy i by nie poruszał się podczas ekspozycji (patrz: Uwagi) 3. Fantom szczelinowy umocować na statywie tak, by jego środek znajdował się na osi ognisko lampy geometryczny środek filmu i by szczelina była równoległa do osi anoda katoda 4. Korzystając z moŝliwości regulacji wysokości statywu ustawić fantom szczelinowy na takiej wysokości, by otrzymać 2-3 krotne powiększenie obrazu szczeliny na filmie 5. Zmierzyć odległości ognisko lampy szczelina oraz szczelina film 6. Wybrać największą moŝliwą grubość warstwy 7. Dobrać wartość wysokiego napięcia i prądu na lampie tak, by uzyskać zaczernienie filmu w granicach 1,0 2,0 8. Wykonać ekspozycję 9. Obrócić fantom szczelinowy o 90 tak, by szczelina była ustawiona prostopadle do osi anoda katoda 10. Wykonać ekspozycję 11. Zmienić film i powtórzyć punkty 1 10 dla pozostałych ognisk lampy 12. Wywołać filmy 13. Korzystając ze szkła powiększającego zmierzyć szerokość obrazu szczeliny dla dwóch kierunków dla kaŝdego z ognisk Mierzone wartości Rozmiary kaŝdego z ognisk lampy rentgenowskiej dla kierunków równoległego i prostopadłego do osi anoda katoda: d - s(e +1) F = E gdzie: F wielkość ogniska d zmierzona szerokość obrazu szczeliny s E szerokość szczeliny w fantomie powiększenie obrazu (stosunek odległości szczelina film do odległości ognisko lampy szczelina) strona 36 z 36

37 Dopuszczalne odchylenia względem wartości nominalnych Wyznaczona wielkość ogniska powinna zawierać się w granicach podanych w tabeli poniŝej: Wartość nominalna Wartość dopuszczalna [mm] [mm] szerokość długość 0,30 0,30 0,45 0,45 0,65 0,40 0,40 0,60 0,60 0,81 0,50 0,50 0,75 0,7 1,1 0,60 0,6 0,9 0,9 1,3 0,70 0,7 1,1 1,0 1,5 0,80 0,8 1,2 1,1 1,6 0,90 0,9 1,3 1,3 1,8 1,00 1,0 1,4 1,4 2,0 1,10 1,1 1,5 1,6 2,2 1,20 1,2 1,7 1,7 2,4 1,30 1,3 1,8 1,9 2,6 1,40 1,4 1,9 2,0 2,8 1,50 1,5 2,0 2,1 3,0 1,60 1,6 2,1 2,3 3,1 1,70 1,7 2,2 2,4 3,2 1,80 1,8 2,3 2,6 3,3 1,90 1,9 2,4 2,7 3,5 2,00 2,0 2,6 2,9 3,7 Podczas testu wyznaczana jest wielkość ogniska w dwóch kierunkach; nominalna wielkość ogniska moŝe być podana takŝe w dwóch kierunkach (w postaci x y) lub jako pojedyncza liczba (x). Jeśli nominalną wielkość ogniska podano w postaci dwóch liczb, to jako tolerancje naleŝy przyjąć odpowiednie pozycje szerokość z tabeli (np. dla ogniska o nominalnej wielkości 1,0 1,5 mm dopuszczalne wartości to 1,0 1,4 1,5 2,0). Jeśli nominalną wielkość ogniska podano w postaci jednej liczby, zmierzone wielkości ogniska w dwóch kierunkach naleŝy porównywać odpowiednio z pozycjami szerokość i długość w tabeli (np. dla ogniska o nominalnej wielkości 1 mm dopuszczalne wartości to 1,0 1,4 1,4 2,0) Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w roku (według rozporządzenia Ministra Zdrowia), po wymianie lampy rentgenowskiej oraz w przypadku stwierdzenia raŝącego obniŝenia rozdzielczości przestrzennej Uwagi W przypadku pracy w trybie serwisowym (z nieruchomymi lampą i stołem) film i statyw z fantomem moŝna ułoŝyć na stole. W przypadku pracy w trybie topogramu film i statyw z fantomem szczelinowym naleŝy umocować na niezaleŝnym, zewnętrznym statywie lub ustawić na dolnej wewnętrznej powierzchni gantry. NaleŜy przy tym zwrócić uwagę, by poruszający się podczas ekspozycji stół nie przesłonił lub nie uderzył w film i statyw z fantomem. Ustawiając fantom szczelinowy pod ogniskiem lampy moŝna się kierować wskazaniami świateł lokalizacyjnych tomografu Do obliczenia powiększenia konieczna jest znajomość odległości fantomu szczelinowego od ogniska lampy; w praktyce producent tomografu najczęściej podaje odległość ogniska lampy od osi obrotu lampy, czyli osi z tomografu. strona 37 z 37

38 Pomiar wielkości ogniska z uŝyciem tzw. wzoru gwiazdkowego (star test pattern) nie jest w tomografii komputerowej wskazany ze względu na ograniczoną grubość wiązki rentgenowskiej Podstawa Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Zdrowia [1] pomiar wielkości ogniska w rentgenowskiej tomografii komputerowej jest obligatoryjny. Opisana metoda stanowi adaptację metody stosowanej w rentgenodiagnostyce planarnej, wykorzystano takŝe pewne informacje zawarte w protokole pomiarowym grupy ImPACT [9]. Przyjęto tolerancje zgodne z odpowiednią normą IEC [30]. strona 38 z 38

39 3.15 MONITORY I WYWOŁYWARKA Testy kontrolne w rentgenowskiej tomografii komputerowej WyposaŜenie Densytometr optyczny do pomiaru gęstości optycznej filmu Negatoskop Dowolny środek przeznaczony do czyszczenia monitorów komputerowych Zapewniona moŝliwość wyświetlenia na monitorze tomografu i wydrukowania/naświetlenia na filmie obrazu testowego zawierającego obszary o róŝnym poziomie szarości. W opisie przyjęto załoŝenie, Ŝe jest to obraz testowy zgodny z zaleceniami SMPTE [28] (Rycina 15) Wykonanie testu 1. Wyczyścić ekrany wszystkich monitorów, na których oglądane są obrazy tomograficzne (jeśli na monitorach zamocowane są filtry takŝe obie strony filtrów) 2. Wyświetlić na monitorze obraz testowy 3. Sprawdzić, czy w obrazie rozróŝnialne są obszary o szarości oznaczonej jako 5% i 95%; jeśli nie, naleŝy spróbować wyregulować monitor (jasność i kontrast) 4. Wzrokowo ocenić, czy obraz na monitorze jest wolny od zniekształceń i artefaktów 5. Powtórzyć punkty 2-4 dla pozostałych monitorów, na których są wyświetlane obrazy tomograficzne 6. Wydrukować lub naświetlić i wywołać film z obrazem testowym 7. Oglądając film na negatoskopie sprawdzić, czy w obrazie rozróŝnialne są obszary o szarości oznaczonej jako 5% i 95% 8. Wzrokowo ocenić, czy obraz na filmie jest wolny od zniekształceń i artefaktów 9. Wzrokowo ocenić zgodność obrazu na wszystkich monitorach i na filmie 10. Zmierzyć densytometrem zaczernienia filmu w obszarach oznaczonych jako 0%, 10%, 40%, 90% Oceniane parametry Dla obrazu na monitorze i na filmie: obecność artefaktów lub zniekształceń geometrycznych rozróŝnialność obszarów o róŝnym stopniu szarości wizualna zgodność obrazu na monitorach i na filmie Dla obrazu na filmie: gęstości optyczne zmierzone dla obszarów 0%, 10%, 40%, 90% Tolerancje dla ocenianych parametrów Dla obrazu na monitorze i na filmie: brak artefaktów i zniekształceń geometrycznych obszar o szarości 5% rozróŝnialny na tle obszaru o szarości 0%, obszar o szarości 95% rozróŝnialny na tle obszaru o szarości 100% obrazy na monitorach i na filmie wizualnie zgodne Dla obrazu na filmie zmierzone gęstości optyczne dla poszczególnych obszarów powinny zawierać się w następujących granicach: obszar gęstość optyczna 0% 2,45 ± 0,15 OD 10% 2,10 ± 0,15 OD 40% 1,15 ± 0,15 OD 90% 0,30 ± 0,08 OD strona 39 z 39

40 Częstość wykonywania testu Nie rzadziej niŝ raz w miesiącu oraz w przypadku wątpliwości co do jakości obrazu Uwagi UŜytkownik moŝe ustalić własne poziomy odniesienia i granice tolerancji. Kontrolę moŝna przeprowadzić korzystając z innego obrazu testowego. W takim przypadku naleŝy ustalić obszary, dla których będzie mierzone zaczernienie filmu, oraz wyznaczyć poziomy odniesienia i granice tolerancji. Densytometru naleŝy uŝywać zgodnie z jego instrukcją obsługi. Z reguły przed rozpoczęciem pomiarów naleŝy go wyzerować. Jeśli densytometr jest wyposaŝony w pasek kalibracyjny naleŝy sprawdzić, czy wskazania przyrządu mieszczą się w granicach określonych przez producenta Podstawa Zaproponowana metoda jest oparta częściowo na zaleceniach American College of Radiology [31], proponowane poziomy tolerancje zaczerpnięto z zaleceń amerykańskiego stanu New Jersey [6]. strona 40 z 40

41 4. BIBLIOGRAFIA [1] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 24 grudnia 2002 r. w sprawie warunków bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego w celach medycznych oraz sposobu wykonywania kontroli wewnętrznej nad przestrzeganiem tych warunków, Dz. U. nr 241 z 2002 roku, poz [2] European Commission, Radiation Protection Report No 91: Criteria for acceptability of radiological (including radiotherapy) and nuclear medicine installations, 1997 [3] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 11 września 2003 r. w sprawie szczegółowych warunków bezpiecznej pracy z aparatami rentgenowskimi o energii promieniowania do 300 kev stosowanymi w celach medycznych, Dz. U. nr 173 z 2003 roku, poz i [4] International Electrotechnical Commission, IEC : Evaluation and routine testing in medical imaging departments. Part 2-6: Constancy tests X-ray equipment for computed tomography, 1994 [5] Department of Health and Human Services, Food and Drug Administration, 21 CFR Part 1020: Performance standards for ionizing radiation emitting products, Sec. 33: Computed tomography (CT) equipment, 1984 [6] New Jersey Department of Environmental Protection, Compliance Guidance for Computed Tomography Quality Control, 2001 [7] Institute of Physics and Engineering in Medicine, IPEM Report 77: Recommended Standards for Routine Testing of Diagnostic X-Ray Imaging Systems, 1998 [8] Institute of Physics and Engineering in Medicine, IPEM Report 32 Part 3: Measurement of the Performance Characteristics of Diagnostic X-Ray Systems Computed Tomography X-Ray Scanners, 2nd Edition, 2003 [9] Edyvean S., Lewis M.A., Britten A.J., CT Scanner Dose Survey: Measurement Protocol, Version 5.0, ImPACT, 1997 [10] Kiremidjian H., Edyvean S., Lewis M.A., Britten A.J., National CT Scanner Characterization Dose Survey, British Institute of Radiology, 1999 [11] Imaging Performance Assessment of CT Scanners, ImPACT Information Leaflet 1: CT Scanner Acceptance Testing, 2001 [12] European Commission, Report EUR 16262: European Guidelines on Quality Criteria for Computed Tomography, 1999 [13] Swiss Society of Radiobiology and Medical Physics, Recommendations No 7: Quality control of treatment planning systems for teletherapy, 1997 [14] Pruszyński A., Fabiszewska E., Tołwiński J., Gwiazdowska B., Stelmaszczyk P., Wybrane testy kontroli jakości w rentgenowskiej tomografii komputerowej, Centrum Onkologii, Warszawa [15] Tołwiński J., Gwiazdowska B., Pruszyński A., Fabiszewska E., Opracowanie metody pomiaru rozdzielczości w obrazach KT, Centrum Onkologii, Warszawa [16] Tołwiński J., Pruszyński A., Gwiazdowska B., Siwicki H., Stelmaszczyk W.P., Fabiszewska E., Ocena jednorodności pola w komputerowej rekonstrukcji tomograficznej, Centrum Onkologii, Warszawa [17] Skrzyński W., Tołwiński J., Kontrola jakości i pomiary dawek w rentgenowskiej tomografii komputerowej. Materiały z: XIX Szkoła Jesienna Polskiego Towarzystwa Badań Radiacyjnych, Zakopane, 2002, s [18] Jessen K.A., Application of CT in Treatment Planning, materiały z College on Medical Physics: Radiation Protection and Imaging Techniques, Trieste, 1994 [19] Parker R.P., Hobday P.A., Cassel K.J., The direct use of CT numbers in radiotherapy dosage calculations for inhomogeneus media, Phys. Med. Biol., 4: , 1979 strona 41 z 41

42 [20] Franklin P., Jessen K.A., Juul-Christensen J.M, Influence of CT number variations on absorbed dose calculations in CT based dose planning, w: Dosimetry in radiotherapy, Volume 2, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1988 [21] Constantinou C., Harrington J.C, DeWerd L.A., An electron density calibration phantom for CT-based treatment planning computers, Med. Phys., 19: , 1992 [22] International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU Report 44, Tissue Substitutes in Radiation Dosimetry and Measurement, 1989 [23] Suzuki A., Suzuki M. N., Use of pencil-shaped ionization chamber for measurement of exposure resulting from a computed tomography scan, Med. Phys., 5: , 1978 [24] Skrzyński W., Pomiary i weryfikacja parametrów fizycznych tomografu CT dla potrzeb planowania teleradioterapii, praca magisterska, Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, 2001 [25] Hidajat N., Wolf M., Felix R., Physical dose quantities in computed tomography how effective for describing the patient dose and the radiation risk?, Radiation Protection Dosimetry, 80: , 1998 [26] International Electrotechnical Commission, IEC : Medical electrical equipment part 2-44: Particular requirements for the safety of X-ray equipment for computed tomography, 1999 [27] Dixon. R.L., A new look at CT dose measurement: Beyond CTDI, Med. Phys., 30: , 2003 [28] Society of Motion Pictures and Television Engineers (SMPTE). Recommended Practice RP : Specifications for Medical Diagnostic Imaging Test Pattern for Television Monitors and Hard-Copy Recording Cameras, 1999 [29] Sipilä P., Järvinen H., Quality Assurance of Treatment Planning Systems in Finland, ESTRO, Göttingen, 1999 [30] International Electrotechnical Commission, IEC 60336: X-ray tube assemblies for medical diagnosis Characteristics of focal spots, 1993 [31] American College of Radiology. ACR Technical Standard for Teleradiology, Revised 2002 (Res. 11), 2002 strona 42 z 42

43 5. RYCINY I ILUSTRACJE Rycina 1. Jednorodny fantom do oceny szumu i jednorodności obrazu Rycina 2. Fantom do oceny wartości HU dla róŝnych materiałów Rycina 3. Fantom do oceny rozdzielczości; widoczne naprzemiennie ułoŝone paski o róŝnych częstościach przestrzennych oraz dwa obszary jednorodne. strona 43 z 43

44 Rycina 4. Fantom do pomiaru funkcji przenoszenia modulacji (MTF); widoczny cienki drut umieszczony prostopadle do obrazowanej warstwy. grubość warstwy napromienianej grubość warstwy obrazowanej lampa kolimatory kolimatory detektory Rycina 5. RóŜnica między grubością warstwy obrazowanej a napromienianej widok z przodu widok z góry Rycina 6. Fantom do pomiaru grubości obrazowanej warstwy strona 44 z 44

45 Rycina 7. Fantom do uproszczonej oceny grubości obrazowanej warstwy Rycina 8. Fantom do oceny grubości obrazowanej warstwy w spiralnym trybie pracy tomografu wiązka lampa kolimator detektory Rycina 9. Wyznaczanie grubości obrazowanej warstwy w oparciu o obraz pasków aluminiowych w fantomie (pomiar szerokości profilu w połowie jego wysokości) strona 45 z 45

46 Rycina 10. Przykładowy fantom do kontrolowania geometrii obrazu; widoczne znaczniki rozmieszczone na planie kwadratu w znanych odległościach oraz znaczniki pozwalające na identyfikację stron i kierunków Rycina 11. Fantom do pomiaru dawki Rycina 12. Fantom do pomiaru dawki z komorą jonizacyjną umieszczoną w jednym z otworów strona 46 z 46

47 a) Pojedyncza warstwa, długa komora rejestruje dawkę od całej wiązki (pomiar CTDI) b) Pojedyncza warstwa, zbyt krótka komora nie rejestruje części promieniowania rozproszonego c) Wiele warstw, komora o niewielkich rozmiarach rejestruje sumaryczną dawkę (metoda proponowana w [27]) Rycina 13. Pomiar dawki róŝne sytuacje pomiarowe. KaŜda z trzech rycin przedstawia: profil dawki wykreślony wzdłuŝ długiej osi pacjenta, wielkość komory oraz sygnał rejestrowany przez komorę (zaciemniony obszar profilu dawki). strona 47 z 47

48 Topogramy (AP i boczny) Topogram (AP lub boczny) d2 d d1 kąt 2 d1 5 mm d2 5,5 mm dla fantomu głowy d2 11 mm dla fantomu tułowia połowa długości fantomu d 5 mm płaszczyzna obrazowanej warstwy Obraz tomograficzny dx dy α d dx 5 mm dy 5 mm d 2,5 mm dla fantomu głowy d 5 mm dla fantomu tułowia Rycina 14. Zalecana dokładność ustawienia fantomu do pomiaru dawki (zgodnie z [9]) strona 48 z 48

49 Rycina 15. Obraz testowy SMPTE (zgodnie z [28]) strona 49 z 49