Digitales Röntgen

Vorteile von digitalen gegenüber analogen Röntgensystemen

Das Röntgenbild wird seit Anfang des 20. Jahrhunderts zur Erkennung und Diagnose von Gesundheitsproblemen eingesetzt und ist die älteste und am häufigsten verwendete Form der medizinischen Bildgebung. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Medizintechnik haben sich die traditionellen Röntgenstrahlen in digitale Röntgenstrahlen gewandelt. Diese moderne digitale Art der medizinischen Bildgebung bietet im Vergleich zum traditionellen Röntgen eine Vielzahl von Vorteilen.

In den letzten Jahren haben wir eine sehr dynamische Entwicklung bei den diagnostischen Methoden der Bildgebung erlebt. In der heutigen Radiologie ist der Überträger der diagnostischen Informationen das Bild, das als Ergebnis eines durch den Körper des Patienten gesendeten Röntgenstrahls mit Modulation der Intensität und Verarbeitung der vom Detektor gesammelten Daten entsteht. Je nach Diagnoseverfahren können Signale mit analogen (Röntgenfilm) oder digitalen Systemen (CR, DR und DDR) erfasst werden. Jede dieser Methoden der Bildaufnahme bedingt durch eigene technologische Lösungen eine unterschiedliche Qualität der Bildgebung (Diagnosedaten). Die Einführung von digitalen Bildrezeptoren anstelle von herkömmlichen analogen SF-Systemen (Film-Folien-Systemen) führte zu einer Erhöhung der Strahlendosis für den Patienten und damit zu einer allmählich zunehmenden Belastung. Dies ist auf die Datenkapazität dieser Systeme zurückzuführen (unmöglich bei SF-Systemen mit einer begrenzten Datenkapazität des Bilddetektors). Die Vielzahl von Abbildungssystemen stellt ein Problem für die Bewertung und Durchsetzung einer angemessenen Effizienz bei den Herstellern dieser Systeme dar. Typischerweise hat das digitale Röntgen eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem analogen Röntgen:

 

Röntgeneigenschaften

Analog (Film)

CR (Phosphor)

DR (direkt)

Computergestützte Erkennung von TB

nein

nein

ja

Niedrige Dosis - hohe Bildqualität

nein

ja/nein

ja

Bilder pro Stunde

30

30

60

Bildkosten (pro Durchsatz)

€ 2,50 - 3,50

€ 0,60 - 1,55

€ 0,30 - 1,50

Sofortige Bildverfügbarkeit

nein

nein

ja

Bildübertragung über das Mobilfunknetz

nein

ja

ja

Datenmanagement-Tools

nein

ja

ja

Verbrauchsmaterial-Eliminierung

nein

ja

ja

 

 

Analoges Röntgen

Direktes digitales Röntgen

Medizinisch

Gewöhnliche Röntgengeräte verwenden eine hohe Strahlendosis.

Neue Flachbildschirmdetektoren ermöglichen die Verwendung einer niedrigen Strahlendosis.

Notwendigkeit der Wiederholung von Röntgenaufnahmen aufgrund schlechter Bildqualität

konstante Qualität, da die automatische Belichtungssteuerung s/w eine erneute Röntgenaufnahme überflüssig macht

lediglich eine lokale Papierkopie

einfache Verfügbarkeit auch in der Cloud für Qualitätskontrolle und Forschung

Technisch / Qualitativ

Kosten zwischen € 2,50 - € 3,50 pro Bild

Kosten zwischen € 0,30 - € 1,50 pro Bild (abhängig vom täglichen Durchsatz inklusive Wertverlust und Wartung)

schlechte Bild- oder Darstellungsqualität

gleichbleibend hohe Bildqualität

schlechte Filmentwicklung erzeugt nutzlose Bilder

keine Entwicklung erforderlich

Verzögerung zwischen Röntgenaufnahme und Bildverfügbarkeit

sofortige Verfügbarkeit des Bildes (auch über Mobilfunknetz/Internet)

Bildarchivierung arbeitsintensiv, teilweise ungenau

einfache Speicherung und sofortiger Zugriff auf archivierte Bilder, automatische Backup-Möglichkeit

chemische Abfälle verursachen Umweltschäden

saubere Technologie, kein Film und keine Chemikalien erforderlich; kann mit Batterien und Solarstrom betrieben werden

Strahlung. Medizinische Studien haben ergeben, dass ein digitales Röntgenbild 80 % weniger Strahlung erzeugt als ein herkömmliches Röntgenbild. Während viele Experten die minimale Strahlenbelastung herkömmlicher Röntgenaufnahmen für sicher halten, gilt ein digitales Röntgenbild als noch sicherer. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass sich aufgrund der Strahlung ein medizinisches Problem entwickelt.

Kosten. Die digitale Röntgentechnologie ist leicht verfügbar und wird zu günstigen Konditionen angeboten. Die Kosteneffizienz eines digitalen Röntgenbildes im Vergleich zu einem herkömmlichen ist darauf zurückzuführen, dass der Film, der für analoge Röntgenbilder verwendet wird, sehr teuer ist und das nicht nur in der Anschaffung, sondern auch in der Entwicklung. Mit einem digitalen Röntgenbild entfällt der Zeitaufwand für die Entwicklung des Films, denn mit digitalen Röntgensystemen kann das Bild in nur drei Sekunden erstellt und angezeigt werden.

Lagerung: Ein weiterer Vorteil der digitalen Radiographie ist, dass der Speicherplatz unbegrenzt ist, da sie digitale Bilder einfach auf eine Festplatte übertragen kann, um in Zukunft bequem darauf zugreifen zu können. Bei der Verwendung herkömmlicher Röntgenstrahlen ist es schwierig, den Film zu speichern und zu pflegen. Die Bilder verlieren mit der Zeit an Qualität. Das ist bei digitalen Röntgenaufnahmen nicht der Fall. Außerdem kann das digitale Bild auch leicht vergrößert werden, ohne dass es zu Verzerrungen oder Qualitätseinbußen kommt. Für medizinisches Personal bedeutet dies einen einfacheren und genaueren Diagnoseprozess. Für Patientinnen und Patienten bedeutet dies, dass sie die Bilder auch in größerem Maßstab betrachten können und damit in die Lage versetzt werden, die Anomalie zu erkennen.

Umweltfreundlich. Die digitale Technologie gilt als "grüner" als die traditionelle Technologie. Ein digitales Röntgengerät benötigt im Vergleich zu einem herkömmlichen Röntgengerät keine Chemikalien oder Filmbänder, die in die Umwelt abgegeben werden.

Platz: Digitale Röntgensysteme sind im Allgemeinen weniger sperrig und nehmen deshalb weniger Platz im Büro ein. Mit drahtlosen Systemen werden sie zusätzlich tragbar und noch vielseitiger. Die Serviceantwortzeit kann verkürzt werden, wenn Online- und Fernwartungen durchgeführt werden. Obwohl DR-Systeme (digitale Röntgensysteme) zunächst teurer sind, sinken die Gesamtbetriebskosten mit reduziertem Bedarf an Ersatzteilen und Reparaturen. Weil kein Entwicklungsbereich für die Filme benötigt, wird Praxisraum frei.

Auflösung/Bildqualität: Die Auflösung digitaler Systeme hat sich in den letzten Jahren deutlich verbessert. Die Auflösung bei Filmbändern ist jedoch immer noch unübertroffen. Allerdings können spezielle Tools, die nur für digitale Bilder zur Verfügung stehen, Bilder erzeugen können, die einfacher und klarer zu diagnostizieren sind.

Faktoren zur Bestimmung der Bildqualität

Erkennungseffizienz

In den Bildgebungssystemen SF ("Screen Film" = analog), CR (Phosphor-Filmplatten) und DR (Digitale Systeme) wird die Quanteneffizienz durch Dicke, Dichte und Struktur (Zusammensetzung) des Absorbers (Bilddetektor) bestimmt.

Dynamikbereich

Für qualitativ hochwertige Aufnahmen in der digitalen Radiographie muss der Bildsensor eine gute Kontrastauflösung in einem breiten Spektrum der Röntgenstrahlungsintensität besitzen. Der Dynamikbereich des Abbildungssystems wird durch das Verhältnis der größten und kleinsten Eingangsintensitäten bestimmt, die visualisiert werden können. Der kleinste Nutzwert der Intensität wird durch den Rauschpegel des Systems begrenzt, während der höchste Wert der Intensität vom Sättigungsgrad des Detektors abhängt.

Räumliche Stichprobenziehung

Alle digitalen Detektoren erfassen den permanent schwankenden Röntgenstrahlungsstrom am Input, an einzelnen Stellen getrennt durch Lücken (Pitchfaktor oder auch Pitch). In CR-Systemen ist der Pitch zwischen den Proben der Abstand zwischen benachbarten Positionen des Laserstrahls während des Lesevorgangs von der Speicherfolie. In DR-Systemen ist der Pitch der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Zwischenräume, die jedes der Detektionselemente trennen. Die Ortsfrequenz bei der Probenahme bestimmt die Fähigkeit des digitalen Systems, hochfrequente Schwankungen in Röntgenstrahlen darzustellen. Wenn der Röntgenstrahlungsstrom mit dem Empfänger interagiert und die Daten von Frequenzen erzeugt, die höher als die Nyquist-Frequenz sind, und die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) für diese Frequenzen vor dem Abtasten nicht verblasst, dann kann bei niedrigen Frequenzen ein falsches Signal im Bild auftreten.

Räumliche Auflösung

Die räumliche Auflösung ist die Fähigkeit des Bildgebungssystems, zwei benachbarte Strukturen als separate Bildelemente oder eine deutliche Kantenmarkierung im Bild (Schärfe) darzustellen. Verluste in der räumlichen Auflösung entstehen durch Unschärfe aufgrund geometrischer Faktoren (z. B. Größe des Fokus, Streuung des Lichts im Rezeptor), der effektiven Fläche des Detektors, die von der Größe der Blende bestimmt wird, die Bewegungen des Patienten in Abhängigkeit von der Röntgenquelle, den Bilddetektor, die Dicke der Detektorelemente, den Bildschirm, die CSI-Kristallstärke und die Dichte der Datenlesung.

Rauschen

Rauschen kann als Fluktuation im Bild definiert werden, die nicht den Unterschieden in der Absorption der Röntgenstrahlung durch Objekte entspricht. Ein Rauschmaß kann durch Schätzen des Rauschleistungsspektrums (NPS) bestimmt werden, das die Korrelation von Ortsfrequenz und Rauschen beschreibt. Das Rauschen im Bild wird durch das Quantenrauschen dominiert, das sich aus Quantenschwankungen im Röntgenbild und der Datendigitalisierung (bei digitalen Systemen) ergibt. Allerdings beinhalten alle Bildrezeptoren interne Rauschquellen, wie z. B. Rauschen aus dem Filmkorn und elektronisches Rauschen in den CR- und DR-Systemen. Das sogenannte Eigenrauschen des Detektors mit festgelegter Korrelation, die der Position auf dem Rezeptor entspricht, ergibt sich aus einer räumlichen Differenz in der verstärkenden Bildschirmdicke im SF-System, aus der Effizienz der Lichtdetektion in Abhängigkeit von der Position auf Platinenlesegeräten in CR-Systemen und Unterschieden bei der Vorverstärkung in DR-Systemen. Einer der Vorteile der digitalen Bildgebung besteht darin, dass das Eigenrauschen des Detektors durch Nachbearbeitung (Erhalt eines wertvollen diagnostischen Bildes) digital eliminiert werden kann. Die Verschlechterung des Bildes in der Radiographie ist auch durch die Streuung der Strahlung bedingt, die eine weitere Rauschquelle ist und zur Verringerung des Bildkontrasts beiträgt. Die Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von Streuungsgittern, die vor dem Bilddetektor angeordnet sind. Die Verwendung des Gitters ist besonders in CR-Systemen wichtig, da die Empfindlichkeit von Bariumhalogenid gegenüber Streustrahlung (K-Kante ist ca. 35 keV) im Vergleich zu den SF-Schirmen, die Gadoliniumoxidsulfid enthalten (K-Kante ist ca. 50 keV), erhöht ist. In den Scansystemen hingegen sind DR-Detektoren in der Lage, die gestreute Strahlung aus der Aufzeichnung "herauszuschneiden" und benötigen daher keinen Einsatz von Streuungsschutz.

Kontrastauflösung

Der Begriff Kontrastauflösung bezieht sich auf den Wert der Signaldifferenz zwischen der untersuchten Struktur und der Umgebung. Sie ist das Ergebnis von Unterschieden in der Röntgenabsorption in den untersuchten Geweben. Sie wird als relativer Helligkeitsunterschied zwischen den relevanten Bereichen des auf dem Monitor angezeigten digitalen Bildes ausgedrückt. Der Röntgenkontrast wird durch den Kontrast des Objekts und die Empfindlichkeit des Rezeptors bestimmt. Sie ist stark abhängig vom Energiespektrum der Röntgenstrahlung und dem Phänomen der Streustrahlung. Bei der digitalen Bildgebung kann der Kontrast im Bild jedoch durch Einstellen der Visualisierungsparameter unabhängig von den Aufnahmebedingungen verändert werden.

Detektionsquanteneffizienz (DQE)

Die DQE ist ein Parameter, der den Bildrezeptor unter Berücksichtigung seiner Effizienz bei der Strahlungsdetektion, der räumlichen Auflösung und des Rauschpegels beschreibt. DQE beschreibt die relative Effizienz bei der Aufrechterhaltung des SNR-Niveaus (Signal-zu-Rauschabstand), die im Abbildungsprozess erreicht werden kann. Dieser Parameter ist definiert als SNR2out/SNR2in, wobei SNR2in bedeutet, dass das Signal-Rausch-Verhältnis der Expositionseinflüsse auf den Rezeptor und numerisch gleichwertig mit dem Eingangsstrom ist. So kann DQE als die Effizienz der SNR-Übertragung durch das System beschrieben werden, deren Effektivität sich in der Qualität der Erkennung und Bilderfassung widerspiegelt.

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