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.

A comparison of Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction and filtered back projection on image quality and dose reduction in paediatric head CT: a phantom study

Background: Computed tomography (CT) is one of the most used modalities for diagnostics in paediatric populations, which is a concern as it also delivers a high patient dose. Research has focused on developing computer algorithms that provide better image quality at lower dose. The iterative reconstruction algorithm Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction (SAFIRE) was introduced as a new technique that reduces noise to increase image quality. Purpose: The aim of this study is to compare SAFIRE with the current gold standard, Filtered Back Projection (FBP), and assess whether SAFIRE alone permits a reduction in dose while maintaining image quality in paediatric head CT. Methods: Images were collected using a paediatric head phantom using a SIEMENS SOMATOM PERSPECTIVE 128 modulated acquisition. 54 images were reconstructed using FBP and 5 different strengths of SAFIRE. Objective measures of image quality were determined by measuring SNR and CNR. Visual measures of image quality were determined by 17 observers with different radiographic experiences. Images were randomized and displayed using 2AFC; observers scored the images answering 5 questions using a Likert scale. Results: At different dose levels, SAFIRE significantly increased SNR (up to 54%) in the acquired images compared to FBP at 80kVp (5.2-8.4), 110kVp (8.2-12.3), 130kVp (8.8-13.1). Visual image quality was higher with increasing SAFIRE strength. The highest image quality was scored with SAFIRE level 3 and higher. Conclusion: The SAFIRE algorithm is suitable for image noise reduction in paediatric head CT. Our data demonstrates that SAFIRE enhances SNR while reducing noise with a possible reduction of dose of 68%.