Ошибочный анализ гистограммы и индикаторов экспозиции цифровой (компьютерной) рентгенограммы
Ошибочный анализ гистограммы приводит к ухудшению качества изображения. Поскольку форма гистограммы не соответствует используемому для анализа типу алгоритма, компьютер не может точно отделить ЗИ от нежелательных данных и выполняет их совокупную нормализацию. При ошибочном анализе гистограммы могут выявляться ошибки ИЭ, из-за которых изображение становится слишком светлым или слишком темным, характеризуется чрезмерной контрастностью или избыточным количеством оттенков серого.
Визуально такие рентгенограммы будут сходны с теми, которые получают при неправильном выборе технических параметров, однако следует подчеркнуть, что ухудшение качества изображений в случае ошибочного анализа гистограммы будет обусловлено неспособностью компьютера правильно расшифровать и обработать данные. Иногда при ошибочном анализе гистограммы изменение «окна» (диапазона оттенков серого) помогает более корректно отобразить рентгенограмму, но поскольку это приведет к сужению диапазона отображаемых значений, во многих случаях исследование придется повторить. Для получения изображения оптимального качества компьютер должен получить корректную информацию. Наиболее распространенные причины ошибочного анализа гистограммы и ИЭ перечислены ниже.
Ошибочный анализ гистограммы:
РИСУНОК 1 На рентгенограмме шейного отдела позвоночника в ПЗ проекции латеральнее позвонков виден фон, что указывает на необходимость использовать для анализа этой рентгенограммы алгоритм 1 типа, позволяющий при нормализации исключить фон из ЗИ. Если рентгенограмма будет обработана с использованием алгоритма 2 типа, то компьютер при определении Smax учтет «хвост» в правой части гистограммы, поскольку будет считать, что фоновая область отсутствует. Это приведет к тому, что «хвост» будет включен в ЗИ, динамический диапазон расширится, а значение Save (ИЭ) на оси х гистограммы переместится в сторону более темных значений, чем следует для мягких тканей. В процессе нормализации такой гистограммы значение Save будет смещено в сторону значения SaveTC (соответствующего мягким тканям), в результате чего остальные значения будут аналогичным образом смещены на ту же величину в сторону более светлых оттенков серого. Это приведет к тому, что изображение станет ярче, чем нужно.
РИСУНОК 2 Анализ рентгенограммы поясничного отдела позвоночника в ПЗ проекции осуществлялся с использованием алгоритма 1 типа, который предполагает, что в правой части гистограммы должен находиться фоновый «хвост». Поскольку в данной проекции фоновая область отсутствует, компьютер при определении Smax исключит из обработки часть ЗИ, приняв их за фоновый «хвост». Это приведет к тому, что Save на гистограмме изображения сместится в сторону более светлого оттенка, чем следует для мягких тканей. В процессе нормализации такой гистограммы значение Save будет смещено в сторону значения Save ТС, в результате чего остальные значения будут аналогичным образом смещены на ту же величину в сторону более темных оттенков серого. Это приведет к тому, что изображение станет темнее, чем нужно.
РИСУНОК 3 Анализ рентгенограммы правого тазобедренного сустава в ПЗ проекции осуществлялся с использованием алгоритма 1 типа, при котором фоновый «хвост» в правой части гистограммы игнорируется при определении Smax. Однако белые значения, соответствующие металлоконструкциям, в левой части гистограммы при определении Smin отсечены не будут. Это приведет к тому, что они будут включены в ЗИ, динамический диапазон расширится, a Save на оси х гистограммы сместится в сторону более светлого оттенка, чем следует для мягких тканей. В процессе нормализации такой гистограммы значение Save будет смещено в сторону значения Save ТС, в результате чего остальные значения будут аналогичным образом смещены на ту же величину в сторону более темных оттенков серого. Это приведет к тому, что изображение станет темнее, чем нужно.
1. Выбор части тела / проекции в меню рабочей станции:
• Выбор части тела/проекции на рабочей станции определяет тип алгоритма, используемый для анализа гистограммы
• 1 тип применяется в том случае, когда на гистограмме в крайнем правом положении ожидают увидеть пик, соответствующий прохождению излучения через фоновое пространство
• 2 тип применяется тогда, когда на гистограмме в крайнем правом положении пик должен отсутствовать
• 3 тип применяется в том случае, когда в левой части гистограммы ожидают увидеть пик, соответствующий скоплению рентгеноконтрастного препарата или металлическому протезу
• Для каждой части тела/проекции имеется определенная ТС, позволяющая при нормализации гистограммы изображения правильно установить диапазон оттенков серого и уровень яркости. Неправильный выбор части тела/проекции на рабочей станции приведет к использованию неподходящей ТС. Ошибка анализа гистограммы возникает в том случае, когда форма гистограммы изображения не полностью соответствует форме используемой ТС (рис. 1-3)
• Обнаружить эту ошибку можно по не верному наименованию исследования на рентгенограмме, не соответствующему выбранной проекции
• Эта ошибка может быть исправлена повторной обработкой с использованием подходящей ТС, если рентгенограмма еще не была отправлена в PACS
РИСУНОК 4 Рентгенограмма шейного отдела позвоночника в боковой проекции была получена в условиях неправильного центрирования ЦП и некорректной коллимации, в результате чего на большом протяжении была захвачена верхняя часть грудной клетки. Ей будут соответствовать светлые значения в левой части гистограммы изображения. Поскольку ТС для рентгенограммы шейного отдела позвоночника в боковой проекции не будет включать в себя эту большую белую область, то при анализе гистограммы область будет включена в ЗИ и отправлена на компьютер для нормализации. Таким образом, значение Save на гистограмме изображения будет смещено в сторону более светлых оттенков. В процессе нормализации такой гистограммы значение Save будет смещено в сторону значения Save ТС, в результате чего остальные значения будут аналогичным образом смещены на ту же величину в сторону более темных оттенков серого. Это приведет к тому, что изображение станет темнее, чем нужно.
РИСУНОК 5 Рентгенограмма органов брюшной полости в ПЗ проекции, выполненная в положении стоя. Зона интереса располагается слишком высоко, снимок получен на глубоком вдохе. При анализе гистограммы изображения в ЗИ были включены темные значения, располагающиеся справа. Это привело к тому, что значение Save на гистограмме изображения сместилось в сторону более темных оттенков серого. В процессе нормализации такой гистограммы значение Save будет смещено в сторону значения Save ТС, в результате чего остальные значения будут аналогичным образом смещены на ту же величину в сторону более светлых оттенков серого. Это приведет к тому, что изображение станет светлее, чем нужно.
2. Захват других анатомических структур:
• Для каждой проекции требуется, чтобы ЦП был направлен в определенную зону, а границы коллимированного поля располагались в пределах 1,25-2,5 см от ЗИ. При неправильном центрировании ЦЛ и некорректном коллимировании экспозиционного поля гистограмма изображения может рассчитываться с учетом нежелательных анатомических структур или без учета требуемых анатомических структур. В таких случаях форма гистограммы будет отличаться от ТС, что приведет к ошибкам при анализе гистограммы (рис. 4 и 5)
РИСУНОК 6 Рентгенограмма правой кисти в ЗП проекции с внешним артефактом в пределах коллимированного поля (наручные часы) и рентгенограмма поясничного отдела позвоночника с внутренними артефактами в правой подвздошной кости и позвонках. Артефактам будут соответствовать белые значения в левой части гистограмм. Если для анализа гистограммы не использовать алгоритм 3 типа, позволяющий компьютеру проигнорировать белые значения слева, то гистограмма изображения расширится, и Save сместится в сторону более светлых оттенков. В этом случае в процессе нормализации такой гистограммы все значения будут смещены в сторону более темных оттенков серого, и изображение станет темнее.
3. Внешние и внутренние артефакты:
• Внешние и внутренние артефакты приводят к появлению «белого» пика в левой части гистограммы изображения. Если этот пик включается в ЗИ, гистограмма изображения не будет соответствовать используемой ТС, и возникнет ошибка анализа гистограммы (рис. 6)
РИСУНОК 7 К.Б. Кэрролл в книге «Рентгенография в цифровую эпоху» констатирует, что вуалирование рассеянным излучением приводит к расширению пика «хвоста» и увеличению количества темно-серых пикселей, соответствующих рассеиванию, между пиком «хвоста» и Smax. Пока эти значения не превышают порогового числа пикселей, заданного для рассеянного излучения, в состав ЗИ они включаться не будут, и компьютер сможет правильно идентифицировать значение Smax. Если из-за чрезмерного количества рассеянного излучения порог будет превышен, то соответствующие рассеиванию значения будут включены в ЗИ, вследствие чего гистограмма изображения будет располагаться правее, чем гистограмма ТС.
РИСУНОК 8 При избыточном рассеянном излучении происходит увеличение количества пикселей выше порогового значения, вследствие чего компьютер не может удалить их из ЗИ, что приводит к расширению гистограммы изображения вправо и смещению Save в сторону более темного оттенка серого. В процессе нормализации будет проводиться выравнивание яркости и количества оттенков серого между Smin и Smax путем округления значений оттенков серого в сравнении с ТС, но поскольку при нормализации количество пикселей для каждого оттенка серого не меняется, то на изображении по-прежнему останется чрезмерное количество темно-серых пикселей. В таком случае избежать темного изображения можно только ограничением рассеянного излучения (например, используя коллимацию, отсеивающую решетку).
4. Избыточное рассеянное излучение:
• Умеренное вуалирование цифровой рентгенограммы рассеянным излучением может быть компенсировано ее обработкой, но при большом количестве рассеянного излучения обработки может быть недостаточно, и вуалирование останется заметным на изображении (рис. 7 и 8)
• Чтобы предотвратить или уменьшить вероятность ошибочного анализа гистограммы вследствие избыточного рассеянного излучения, необходимо использовать отсеивающую решетку и максимально коллимировать экспозиционное поле
РИСУНОК 9 Если в компьютерной рентгенографии на ПИ записывается два или более экспозиционных поля и их границы перекрываются или выходят за пределы ПИ, то они обрабатываются не по отдельности, а как одно изображение, вследствие чего фон также включается в ЗИ гистограммы, и значение Save смещается в сторону более светлых оттенков. Нормализация такой гистограммы приводит к тому, что изображение становится темнее. То же самое происходит, когда одна из границ коллимированного поля выходит за пределы ПИ, как показано на рентгенограмме правого коленного сустава в ПЗ проекции.
5. Сегментация (только в компьютерной рентгенографии):
• В компьютерной рентгенографии специальное программное обеспечение позволяет выполнить сегментацию, с тем чтобы определить количество проекций, которые были записаны на одной фотостимулируемой люминофорной пластине (ФЛП), и обработать их по отдельности. В ходе этого процесса компьютер определяет края экспозиционного поля, где экспозиция ПИ меняется от очень маленькой до очень большой величины.
• Неправильное размещение проекций на ПИ приводит к тому, что один или несколько краев экспозиционного поля не будут идентифицированы из-за перекрытия или слишком близкого расположения к краю пластины. Вследствие этого разные проекции будут рассматриваться как единое целое, и анализ гистограммы будет ошибочным (рис. 9)
6. Покрытие как минимум 30% ПИ (только в компьютерной рентгенографии):
• В компьютерной рентгенографии для оптимального анализа гистограммы необходимо, чтобы ПИ был покрыт как минимум на 30%. Использование ПИ наименьшего размера может помочь избежать ошибочного анализа гистограммы
РИСУНОК 10 Рентгенограмма органов брюшной полости в ПЗ проекции. В компьютерной рентгенографии ПИ, оставленный в диагностическом кабинете во время выполнения дополнительных исследований или не очищенный после 48 часов бездействия, будет собирать рассеянное и фоновое излучение. Возникшее в результате вуалирование при нормализации приведет к получению картины аналогичной при избыточном рассеянном излучении, описанном на рис. 7 и 8. Яркая полоса, проходящая через центр изображения, соответствует части инвалидного кресла, на которую опирался ПИ, когда его оставили в диагностическом кабинете на время выполнения других исследований. Изображение внутрибрюшных структур, попавших в светлую область, характеризуется приемлемым качеством. Так могла бы выглядеть вся рентгенограмма, если бы вуалирование отсутствовало.
7. Вуалирование фоновым излучением (только в компьютерной рентгенографии):
• Если ПИ остается в диагностическом кабинете, то на нем может аккумулироваться рассеянное излучение, возникающее при проведении других исследований или обусловленное повседневным фоновым излучением. Вуалирование уменьшает значения яркости пикселей, что приводит к ошибочному анализу гистограммы при превышении порога рассеивания (рис. 10)
• Чтобы избежать вуалирования, перед использованием кассет, не использовавшихся более 48-72 часов, следует осуществить их очистку
РИСУНОК 11 Низкоконтрастная рентгенограмма органов грудной клетки в результате обработки алгоритмом для тазобедренного сустава приобретет большую контрастность. Поскольку ТС для тазобедренного сустава характеризуется меньшим динамическим диапазоном, чем ТС для органов грудной клетки, то при нормализации гистограмма изображения органов грудной клетки будет сужена, что повысит контрастность изображения.
8. Обработка другим алгоритмом:
• Если в выбранной проекции гистограмма изображения не соответствует ТС по одной из вышеперечисленных причин и устранить ее нельзя, то можно модифицировать проекцию, выбрав другой предустановленный алгоритм обработки. Выбранный тип алгоритма для анализа гистограммы может лучше подойти ожидаемому изображению.
• Контрастное разрешение изображения можно регулировать, обрабатывая изображение процедурным алгоритмом, ТС которого характеризуется большим или меньшим динамическим диапазоном (рис. 11)
• При сохранении в PACS изображения, обработанного альтернативным алгоритмом, исходный набор данных гистограммы будет безвозвратно утерян. В заголовке DICOM-файла для этой процедуры будет отображаться та проекция, ТС которой использовалась для обработки Например, если рентгенограмма коленного сустава обрабатывалась алгоритмом для органов грудной клетки, то коленный сустав будет помечен как органы грудной клетки
• Необходимость частого использования альтернативных алгоритмов обработки указывает на некорректную работу оборудования или методику исследования
Сокращения. ЗИ — зона интереса; ПИ — приемник изображения; ТС — таблица соответствия; ЦЛ — центральный луч; DICOM — медицинский отраслевой стандарт создания, хранения, передачи и визуализации цифровых медицинских изображений.
