Otimização da dose e da qualidade da imagem em mamografia digital

XX CONGRESSO BRASILEIRO DE
FÍSICA MÉDICA
SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE
PROTEÇÃO RADIOLÓGICA EM
MEDICINA
OTIMIZAÇÃO DA DOSE GLANDULAR MÉDIA
NA MAMA E DA QUALIDADE DA IMAGEM
NOS SISTEMAS DE MAMOGRAFIA DIGITAL
Claudio Domingues de Almeida
[email protected]
Introdução
Atualmente, existem dois métodos de captura de imagem
utilizados na mamografia digital.
Mamografia digital direta, DR
Mamografia digital computadorizada, CR
Introdução
De acordo com o programa de rastreamento do câncer de
mama do Reino Unido, o risco de câncer induzido pelos
raios X em mamografia é de aproximadamente
1 em 100.000 para a
Dose Glandular Média (DGM) de 1 mGy.
Por existir esse risco, é necessário determinar a DGM
recebida pelas pacientes e buscar a sua otimização.
Introdução
Em 2009, o trabalho de Coutinho mostrou a tendência
de doses elevadas nos sistemas com digitalizador CR.
Comparado com o sistema filme-écran, o sistema CR
usou 20% mais dose na mama.
Quando os sistemas filme-écran são substituídos por CR,
nem sempre as técnicas radiográficas são otimizadas.
A questão é: ao reduzir a dose como ficará a
qualidade da imagem?
Introdução
Nos sistemas digitais, o contraste na imagem é afetado pelo ruído que,
depende da dose de radiação na mama.
A capacidade de detectar as lesões pode
ser melhorada através do aumento dos
valores de dose uma vez fixada a
qualidade do feixe de raios X.
O parâmetro que melhor descreve a
capacidade de detecção é a
Razão Contraste-Ruído, CNR
CNR =
VMP




A
− VMP
DP A + DP B
2
2
B
2




Diminuindo o ruído
VMP – Valor médio de pixel
DP – Desvio padrão
Introdução
Razão Contraste Ruído - CNR
CNR relativa a espessura de 50 mm de PMMA
Protocolo Europeu
Espessura (mm)
CNR relativa
(%)
PMMA
MAMA
20
21
> 115
30
32
> 110
40
45
> 105
45
53
> 103
50
60
> 100
60
75
> 95
70
90
> 90
Justificativa
O número de equipamentos de mamografia digital vem
aumentando no Brasil e o sistema CR é a maioria.
Assim, pode-se considerar de grande importância a
implantação de processos de otimização da
qualidade da imagem e da dose.
Objetivo
Desenvolver um método de otimização que
estabeleça as condições ideais de operação do
sistema de mamografia digital que possa garantir
imagens
clínicas com
qualidade para
o diagnóstico
doses
que não
ultrapassem
os níveis de
referência
Materiais e Método
O estudo foi realizado
em duas fases (HU-UFRJ)
•tamanho da amostra
•definição das variáveis
estudadas
•metodologia de medidas
•metodologia de análise dos
resultados
Espessura da mama
comprimida, idade e
padrão mamário
1ª Fase:
Coleta de dados das
pacientes
N = 83 (150 imagens)
Técnica radiográfica
(kV/anodo/filtro/mAs)
Testes de controle de
qualidade e dosimetria
(DGM)
Avaliações: mamógrafo,
digitalizador de imagem CR,
monitores e placas de
imagem (IP)
Medidas da resposta do
detector, análise de ruído
e razão contraste-ruído
(CNR)
1ª Fase: avaliação dos
critérios da qualidade das
imagens clínicas
Materiais e Método
Para técnicas
radiográficas variadas
foram medidos: limiar de
detalhe-contraste e razão
contraste-ruído (CNR)
Cálculo do mAs e da
CNR para a otimização
das técnicas
Determinação da
CNRalvo
Seleção da técnica
radiográfica para
otimização através das
medidas da CNR e DGM
Seleção das técnicas
radiográficas para
otimização
Ajuste do mamógrafo para
as técnicas otimizadas e
novas medidas da CNR e
DGM para confirmar os
valores calculados
Materiais e Método
Espessura da mama
comprimida, idade e
padrão mamário
2ª Fase:
Coleta de dados das
pacientes após ajuste
do mamógrafo
N= 84 (159 imagens)
2ª Fase: avaliação dos
critérios de qualidade
das imagens clínicas
Técnica radiográfica
(kV/anodo/filtro/mAs)
Materiais e Método
Cálculo de
Ki, DGM e CNR
para as técnicas
radiográficas usadas
para as imagens das
pacientes
Tratamento estatístico
dos dados das
duas fases
Resultados
70
1a. Fase
1a. Fase 56,6 ± 10,1
30
60
2a. Fase 54,8 ± 10,3
Idade média (anos)
Número de pacientes
35
25
20
15
10
2a. Fase
50
40
30
20
10
5
0
0
30 - 39
40 - 49
50 - 59
60 - 69
70 - 79
20 - 29
80 - 89
40 - 49
50 - 59
60 -69
70 -79
Espessura da mama comprimida (mm)
Idade (anos)
Distribuição das idades das pacientes
avaliadas na 1ª. e na 2ª. Fase – média ± DP (p=0,12)
Distribuição da idade média em função da
espessura média da mama comprimida.
1a. Fase 50 ± 10,0
2a. Fase 53 ± 10,0
70
60
Número de mamas
30 - 39
50
Número de mamas em função
da espessura média da mama
comprimida – média ± DP
(p=0,02)
40
30
20
10
0
20 - 29
30 - 39
40 - 49
50 - 59
60 -69
70 -79
Espessura da mama comprimida (mm)
Resultados
Distribuição do padrão mamário médio calculado pelo método de Beckett e Kotre
e classificado pelos radiologistas em função da espessura média da mama
comprimida
4
3
Média OBS.: 1, 2 e 3
Percentual de mamas para cada
padrão de densidade do tecido mamário.
2
1
60
0
20-29
30-39
40-49
50-59
60-69
70-79
Espessura da mama comprimida (mm)
Mamas com padrão glandular do tipo 1 e 2:
pelo método subjetivo - 76,7%
Percentual de mamas (%)
Padrão mamário médio
Beckett e Kotre
1a. Fase
50
2a. Fase
40
30
20
10
0
1
método de cálculo - 79,5%
2
3
4
Padrão mamário
Limiar de contraste relativo para
contraste-detalhe com espessura
de 0,1 mm em função do CNR e CNRalvo.
Resultados
45
CNR Alvo = 7,6
Limiar de Contraste %
40
35
R = 0,94
30
25
23%
20
15
10
5
0
3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5
CNR
Espessura
de PMMA
(mm)
20
20
20
20
40
60
60
60
Espessura
equivalente
da mama
(mm)
32
32
32
32
60
90
90
90
kV
Anodo/Filtro
mAs
Espessura
de ouro
(µm)
CNR
Cr
(%)
26 Mo/Mo
27 Mo/ Mo
25 Mo/Mo
28 Mo/Mo
26 Mo/Rh
32 Rh/Rh
34 Rh/Rh
30 Rh/Rh
63
40
90
32
280
80
125
320
1,040
1,490
1,105
1,501
1,467
2,500
1,869
1,973
10,12
8,58
10,88
8,28
8,57
3,77
5,16
6,37
15,99
22,77
16,98
22,93
22,42
37,93
28,46
30,02
CNR =
VMP




A
− VMP
B
DP A + DP B 

2

2
2
Resultados
Valores de mAs utilizando o Controle Automático de Exposição - CAE medidos
para várias espessuras de PMMA na técnicas de:
Rotina, Calculado e após ajuste do mamógrafo.
Espessura (cm)
Técnica
radiográfica
Valores mAs
PMMA
MAMA
kV
Anodo/Filtro
Rotina
Calculado
Ajustado
20
21
25
Mo/Mo
39
30
30
30
32
26
Mo/Mo
69
54
54
40
45
28
Mo/Mo
103
82
80
45
53
27
Mo/Mo
194
140
150
50
60
28
Mo/Mo
217
168
168
60
75
28
Mo/Rh
327
335
250
70
90
29
Rh/Rh
387
445
298
Resultados
Valores de DGM medidos utilizando:
• CAE de rotina
• medido com a técnica otimizada
• sugerido pelo Protocolo Europeu
DGM (mGy)
9
8
Tecnica de Rotina
7
Técnica Otimizada
6
Protocolo Europeu
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Espessura equivalente da mama (mm)
100
Resultados
Valores de CNR medidos utilizando:
• CAE da rotina
• calculados para CNRalvo
• medido com a técnica otimizada
12
Tecnica de Rotina
11
Calculada para CNRotimizada
Técnica Otimizada
10
CNR
9
8
CNRalvo
7
6
5
4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Espessura equivalente da mama (mm)
100
Resultados
Kerma no ar de entrada na mama obtida em mamas com variadas espessuras.
35
1a. Fase 13,1 ± 4,9
30
2a. Fase 11,8 ± 4,6
Ki (mGy)
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Espessura da mama (mm)
90
Resultados
Doses glandulares médias obtidas para as mamas das pacientes.
7,0
1a. Fase 2,9 ± 0,9
6,0
2a. Fase 2,5 ± 0,8
DGM (mGy)
5,0
Protocolo Europeu
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
20
30
40
50
60
70
Espessura da mama (mm)
80
Resultados
Razão contraste-ruído, CNR, obtidas na
1ª. fase, na 2ª. fase, e propostas para CNRotimizada
16
1a. Fase 9,6 ± 1,4
2a. Fase 7,8 ± 1,1
14
CNR otimizada
CNR
12
10
8
6
4
20
30
40
50
60
70
Espessura equivalente da mama (mm)
80
Resultados
30
25
1a. FASE
Frequência
Valores de CNR relativa obtidas na
1ª. e 2ª. fase e as
sugeridas pelo Protocolo Europeu.
20
15
10
CNR relativa
(%)
Espessura (mm)
5
0
Mama
1a.
Fase
2a.
Fase
Protocolo
Europeu
20
21
137
125
115
30
32
125
117
110
40
45
112
108
105
45
53
106
104
103
50
60
100
100
100
60
75
88
92
95
70
90
75
83
90
CNR
40
35
30
Frequência
PMMA
25
2a. FASE
20
15
10
5
0
CNR
Resultados
Pontuação dos critérios de qualidade alcançados na primeira e segunda fase.
Critério
A1
A2
A3
B1
B2
B3
B4
B5
B6
C1
C2
C3
C4
C5
C6
TOTAL
Adequada compressão da mama
Mamilo paralelo ao filme
Visibilização completa do parênquima mamário
Visibilização da linha da pele
Visibilização das estruturas vasculares através do
parênquima denso
Visibilização dos ligamentos de Cooper
As microcalcificações representam lesão
verdadeira? (se houver lesão)
A opacidade representa lesão verdadeira? (se
houver lesão)
O tecido glandular está adequadamente claro
Contraste adequado
Definição das estruturas
Saturação correta nas áreas claras
Saturação correta nas áreas escuras
Imagem sem ruído
Imagem sem artefatos
Índice de Critério de
Imagem (ICI)
1a. Fase
2a. Fase
0,99
1,00
0,79
0,82
0,94
0,92
0,99
1,00
0,99
1,00
0,99
1,00
0,69
0,69
0,51
0,53
0,97
0,98
0,99
0,97
0,98
0,97
0,32
0,78
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,98
0,38
0,79
Não ocorreu diferença estatisticamente significativa na qualidade da imagem entre os dois grupos
( p = 0,10 ).
Mamas com espessuras semelhantes (60 mm) e padrão mamário quase que
inteiramente substituídos (<25% glandular)
Fase
1ª.
2ª.
DGM (mGy)
3,5
2,5
CNR
8,9
7,0
87
87
pontuação
média em
todos os
critérios (%)
1ª. fase
2ª. fase
Discussão
Neste estudo, o valor da CNRalvo correspondente à qualidade aceitável
da imagem foi determinado como sendo 7,6.
Young e Oduko, para um sistema similar ao usado neste estudo,
encontraram a CNRalvo de 8,3, valor este sugerido pelo Protocolo da
AIEA.
Em outro trabalho realizado exatamente com o mesmo sistema do
presente estudo, Young e Oduko encontraram a CNRalvo de 7,6, que
corresponde a 91% do sugerido pelo Protocolo da AIEA e que, para
alcançar a CNRalvo de 8,3 os valores aceitáveis de DGM seriam
ultrapassados.
Discussão
Na 2ª. fase o valor de DGM foi reduzido em:
18,6% para mamas entre 40 e 60 mm de espessura,
22,6% para mamas com espessura inferior a 40 mm,
13,2% para as de espessura superior a 60 mm.
Para todas as espessuras a DGM alcançou redução de 14,5%.
Conclusão
Este estudo estabeleceu um método de otimização
das condições de operação para os sistemas de
mamografia digital tendo como base:
• o valor da dose glandular média (DGM) aceitável,
• a razão contraste-ruído (CNR) e
• o indicador de qualidade das imagens clínicas.
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