Patient exposure monitoring and radiation qualities in two-dimensional digital x-ray imaging

The methods for estimating patient exposure in x-ray imaging are based on the measurement of radiation incident on the patient. In digital imaging, the useful dose range of the detector is large and excessive doses may remain undetected. Therefore, real-time monitoring of radiation exposure is important. According to international recommendations, the measurement uncertainty should be lower than 7% (confidence level 95%). The kerma-area product (KAP) is a measurement quantity used for monitoring patient exposure to radiation. A field KAP meter is typically attached to an x-ray device, and it is important to recognize the effect of this measurement geometry on the response of the meter. In a tandem calibration method, introduced in this study, a field KAP meter is used in its clinical position and calibration is performed with a reference KAP meter. This method provides a practical way to calibrate field KAP meters. However, the reference KAP meters require comprehensive calibration. In the calibration laboratory it is recommended to use standard radiation qualities. These qualities do not entirely correspond to the large range of clinical radiation qualities. In this work, the energy dependence of the response of different KAP meter types was examined. According to our findings, the recommended accuracy in KAP measurements is difficult to achieve with conventional KAP meters because of their strong energy dependence. The energy dependence of the response of a novel large KAP meter was found out to be much lower than with a conventional KAP meter. The accuracy of the tandem method can be improved by using this meter type as a reference meter. A KAP meter cannot be used to determine the radiation exposure of patients in mammography, in which part of the radiation beam is always aimed directly at the detector without attenuation produced by the tissue. This work assessed whether pixel values from this detector area could be used to monitor the radiation beam incident on the patient. The results were congruent with the tube output calculation, which is the method generally used for this purpose. The recommended accuracy can be achieved with the studied method. New optimization of radiation qualities and dose level is needed when other detector types are introduced. In this work, the optimal selections were examined with one direct digital detector type. For this device, the use of radiation qualities with higher energies was recommended and appropriate image quality was achieved by increasing the low dose level of the system.

Tässä työssä esitettiin menetelmiä, joilla potilaalle röntgenkuvauksesta aiheutuneen säteilyaltistuksen/annoksen mittauksen tarkkuutta voidaan parantaa ja kansainvälisten suositusten mukainen tarkkuustaso voidaan saavuttaa. Digitaalisessa kuvauksessa filmin ylivalottumista ei tapahdu ja liian suuret annokset saattavat jäädä huomaamatta. Sen vuoksi säteilyaltistuksen tosiaikainen mittaaminen (monitorointi) on tärkeää. Mittaussuuretta ilmakerman ja pinta-alan tulo (KAP) käytetään potilaan säteilyaltistuksen määrittämiseen. KAP-mittari on tyypillisesti kiinnitettynä röntgenlaitteeseen. Mittarin näyttämän oikeellisuus (kalibrointi) tulisi tarkistaa tässä samassa mittausasetelmassa. Tässä työssä esitetyssä tandem-kalibrointimenetelmässä, KAP-mittaria käytetään sen omalla paikallaan ja kalibrointi suoritetaan toisen KAP-vertailumittarin avulla. Tämä menetelmä tarjoaa käytännöllisen tavan kalibroida KAP-mittareita. Kuitenkin, KAP-vertailumittarin kalibroinnin tulisi kattaa tarvittavat säteilylaadut (energiajakaumat). Kalibrointilaboratoriossa suositellaan käytettävän standardin mukaisia säteilylaatuja. Nämä laadut eivät täysin vastaa potilaskuvauksissa käytettävien kliinisten säteilylaatujen laajaa valikoimaa. Tässä työssä tutkittiin kuinka paljon eri KAP-mittarityyppien vaste vaihtelee eri säteilylaaduilla. Tutkimuksemme perusteella perinteisillä KAP-mittareilla suositeltu tarkkuus on vaikea saavuttaa KAP-mittauksissa. Uuden tyyppisen ison KAP-mittarin vasteen säteilylaaturiippuvuus todettiin olevan pienempi. Tandem-menetelmän tarkkuutta voidaan parantaa käyttämällä tämän tyyppistä mittaria vertailumittarina. Tässä työssä esiteltiin uusi menetelmä mitata potilaan säteilyaltistusta mammografiassa, jossa KAP-mittaria ei voida käyttää. Mammografiassa osa säteilykeilasta osuu suoraan ilmaisimelle ja tutkittiin voisiko tältä alueelta saatua signaalia käyttää potilaaseen kohdistuvan säteilykeilan monitorointiin. Tämä mittausmenetelmä antaa tosiaikaista tietoa potilaan säteilyaltistuksesta ja suositeltu tarkkuus voidaan saavuttaa. Yhdellä digitaalisella mammografialaitteella selvitettiin optimaalisia säteilylaatuja ja annostasoja. Tutkitulla laitteella suurempi energisten säteilylaatujen käyttöä suositeltiin ja riittävä kuvanlaatu saavutettiin nostamalla laitteen matalaa annostasoa. Laitteiden säätöjen uusi optimointi on tarpeen, kun otetaan käyttöön uusia ilmaisintyyppejä.