Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contraste de detalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Digital radiography detectors - A technical overview: Part 1

During the last two decades screen-film (SF) systems have been replaced by digital X-ray systems. The advent of digital technologies brought a number of digital solutions based on different detector and readout technologies. Improvements in technology allowed the development of new digital technologies for projection radiography such as computed radiography (CR) and digital radiography (DR). The large number of scientific papers concerning digital X-ray systems that have been published over the last 25 years indicates the relevance of these technologies in healthcare. There are important differences among different detector technologies that may affect system performance and image quality for diagnostic purposes. Radiographers are expected to have an effective understanding of digital X-ray technologies and a high level of knowledge and awareness concerning the capabilities of these systems. Patient safety and reliable diagnostic information are intrinsically linked to these factors. In this review article - which is the first of two parts - a global overview of the digital radiography systems (both CR and DR) currently available for clinical practice is provided.

Caracterização tecnológica da mamografia digital em Portugal: progresso de um projeto em implementação

Introdução – A mamografia é o principal método de diagnóstico por imagem utilizado no rastreio e diagnóstico do cancro da mama, sendo a modalidade de imagem recomendada em vários países da Europa e Estados Unidos para utilização em programas de rastreio. A implementação da tecnologia digital causou alterações na prática da mamografia, nomeadamente a necessidade de adaptar os programas de controlo de qualidade. Objetivos – Caracterizar a tecnologia instalada para mamografia em Portugal e as práticas adotadas na sua utilização pelos profissionais de saúde envolvidos. Concluir sobre o nível de harmonização das práticas em mamografia em Portugal e a conformidade com as recomendações internacionais. Identificar oportunidades para otimização que permitam assegurar a utilização eficaz e segura da tecnologia. Metodologia – Pesquisa e recolha de dados sobre a tecnologia instalada, fornecidos por fontes governamentais, prestadores de serviços de mamografia e indústria. Construção de três questionários, orientados ao perfil do médico radiologista, técnico de radiologia com atividade em mamografia digital e técnico de radiologia coordenador. Os questionários foram aplicados em 65 prestadores de serviços de mamografia selecionados com base em critérios de localização geográfica, tipo de tecnologia instalada e perfil da instituição. Resultados – Foram identificados 441 sistemas para mamografia em Portugal. A tecnologia mais frequente (62%) e vulgarmente conhecida por radiografia computorizada (computed radiography) é constituída por um detector (image plate) de material fotoestimulável inserido numa cassete de suporte e por um sistema de processamento ótico. A maioria destes sistemas (78%) está instalada em prestadores privados. Aproximadamente 12% dos equipamentos instalados são sistemas para radiografia digital direta (Direct Digital Radiography – DDR). Os critérios para seleção dos parâmetros técnicos de exposição variam, observando-se que em 65% das instituições são adotadas as recomendações dos fabricantes do equipamento. As ferramentas de pós-processamento mais usadas pelos médicos radiologistas são o ajuste do contraste e brilho e magnificação total e/ou localizada da imagem. Quinze instituições (em 19) têm implementado um programa de controlo de qualidade. Conclusões – Portugal apresenta um parque de equipamentos heterogéneo que inclui tecnologia obsoleta e tecnologia “topo de gama”. As recomendações/guidelines (europeias ou americanas) não são adotadas formalmente na maioria das instituições como guia para fundamentação das práticas em mamografia, dominando as recomendações dos fabricantes do equipamento. Foram identificadas, pelos técnicos de radiologia e médicos radiologistas, carências de formação especializada, nomeadamente nas temáticas da intervenção mamária, otimização da dose e controlo da qualidade. A maioria dos inquiridos concorda com a necessidade de certificação da prática da mamografia em Portugal e participaria num programa voluntário. ABSTRACT - Introduction – Mammography is the gold standard for screening and imaging diagnosis of breast disease. It is the imaging modality recommended by screening programs in various countries in Europe and the United States. The implementation of the digital technology promoted changes in mammography practice and triggered the need to adjust quality control programs. Aims –Characterize the technology for mammography installed in Portugal. Assess practice in use in mammography and its harmonization and compliance to international guidelines. Identify optimization needs to promote an effective and efficient use of digital mammography to full potential. Methodology – Literature review was performed. Data was collected from official sources (governmental bodies, mammography healthcare providers and medical imaging industry) regarding the number and specifications of mammography equipment installed in Portugal. Three questionnaires targeted at radiologists, breast radiographers and the chief-radiographer were designed for data collection on the technical and clinical practices in mammography. The questionnaires were delivered in a sample of 65 mammography providers selected according to geographical criteria, type of technology and institution profile. Results – Results revealed 441 mammography systems installed in Portugal. The most frequent (62%) technology type are computerized systems (CR) mostly installed in the private sector (78%). 12% are direct radiography systems (DDR). The criteria for selection of the exposure parameters differ between the institutions with the majority (65%) following the recommendations from the manufacturers. The use of available tools for post-processing is limited being the most frequently reported tools used the contrast/ brightness and Zoom or Pan Magnification tools. Fifteen participant institutions (out of 19) have implemented a quality control programme. Conclusions – The technology for mammography in Portugal is heterogeneous and includes both obsolete and state of the art equipment. International guidelines (European or American) are not formally implemented and the manufacturer recommendations are the most frequently used guidance. Education and training needs were identified amongst the healthcare professionals (radiologists and radiographers) with focus in the areas of mammography intervention, patient dose optimization and quality control. The majority of the participants agree with the certification of mammography in Portugal.

Technical considerations concerning digital technologies

This chapter addresses technical issues concerning digital technologies. Radiological equipment and technique are briefly introduced together with a discussion about requirements and advantages of digital technologies. Digital technologies offer several advantages when compared to conventional analogical systems, or screen–film (SF) systems. While in clinical practice the practitioners should be aware of technical factors such as image acquisition, management of patient dose, and diagnostic image quality. Thus, digital technologies require an up-to-date scientific knowledge concerning their use in projection radiography. In this chapter, technical considerations concerning digital technologies are provided.

An evaluation of SAFIRE’s potential to reduce the dose received by paediatric patients undergoing CT: a narrative review

Introduction: The purpose of this review is to gather and analyse current research publications to evaluate Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction (SAFIRE). The aim of this review is to investigate whether this algorithm is capable of reducing the dose delivered during CT imaging while maintaining image quality. Recent research shows that children have a greater risk per unit dose due to increased radiosensitivity and longer life expectancies, which means it is particularly important to reduce the radiation dose received by children. Discussion: Recent publications suggest that SAFIRE is capable of reducing image noise in CT images, thereby enabling the potential to reduce dose. Some publications suggest a decrease in dose, by up to 64% compared to filtered back projection, can be accomplished without a change in image quality. However, literature suggests that using a higher SAFIRE strength may alter the image texture, creating an overly ‘smoothed’ image that lacks contrast. Some literature reports SAFIRE gives decreased low contrast detectability as well as spatial resolution. Publications tend to agree that SAFIRE strength three is optimal for an acceptable level of visual image quality, but more research is required. The importance of creating a balance between dose reduction and image quality is stressed. In this literature review most of the publications were completed using adults or phantoms, and a distinct lack of literature for paediatric patients is noted. Conclusion: It is necessary to find an optimal way to balance dose reduction and image quality. More research relating to SAFIRE and paediatric patients is required to fully investigate dose reduction potential in this population, for a range of different SAFIRE strengths.

A narrative review on the reduction of effective dose to a paediatric patient by using different combinations of kVp, mAs and additional filtration whilst maintaining image quality

This paper reviews the literature for lowering of dose to paediatric patients through use of exposure factors and additional filtration. Dose reference levels set by The International Commission on Radiological Protection (ICRP) will be considered. Guidance was put in place in 1996 requires updating to come into line with modern imaging equipment. There is a wide range of literature that specifies that grids should not be used on paediatric patients. Although much of the literature advocates additional filtration, contrasting views on the relative benefits of using aluminium or copper filtration, and their effects on dose reduction and image quality can vary. Changing kVp and mAs has an effect on the dose to the patient and image quality. Collimation protects adjacent structures whilst reducing scattered radiation.