Fotográfiai képtulajdonságok
A RadiWiki wikiből
DENZITÁS
A denzitás értékelése
A denzitás azon két fotográfiai tulajdonság egyike, mely a részletek láthatóságát meghatározza. A részletek láthatósága a radiográfiai kép egy olyan tulajdonsága, mely lehetővé teszi az emberi szem számára, hogy megfelelő denzitás (és kontraszt) esetén strukturális részleteket lássunk. Definíció szerint a denzitás a radiográfiai kép feketedését jelenti, mely a fémes ezüst kiválása miatt alakul ki. A denzitást a legkönnyebb az úgynevezett technikai faktorokkal állítani, illetve befolyásolni. A denzitás értékelésének legfontosabb szempontja az lenne, hogy az fennáll-e azon az anatómiai területen, amelyet valójában vizsgálni kívánunk. Természetesen a kép denzitása az emberi látás számára értékelhető tartományban kell, hogy legyen, azaz általában OD (optikai denzitás) 0,25-2,5 között. A radiográfiában a megfelelő denzitás természetesen klinikai tapasztalat függvénye is (1. ábra).
Diagnosztikus minőségű mellkas felvétel viszont nem alkalmas a thorakális gerinc értékelésére. Nyilvánvaló, hogy a megfelelő denzitás a tüdőszövet értékelésére nem lehet megfelelő denzitású a thorakális gerinc vizsgálatára, még akkor sem, hogyha mindkettő azonos anatómiai régióban helyezkedik el. Közhely, hogy a gyakorlott, professzionális szem a radiográfus elsődleges eszköze a denzitás értékelésekor. A túlexponált, azaz túl sötét röntgenfilmen az információ rögzítésre kerül, még akkor is, ha nehezen értékelhető, szemben az alulexponált, azaz világos képen egy adott információ nem biztos, hogy rajta van. A sötét film túl sok fotont kapott és ennek eredményeképpen túl sok információt tartalmaz. Ezt a túl sok információt nagyon erős fényforrással vagy digitalizált, illetve komputerizált rendszerrel eliminálni lehet és a megfelelő információt a képről az emberi látás számára elérhetővé tehetjük. Az alulexponált, azaz a túl világos képen nem ez a helyzet. Az alulexponált film túl kevés fotont kapott és ezért kevés információ rögzült rajta és nincs olyan módszer, amely a jelen nem lévő információt „oda tudja varázsolni”. Következésképpen, ha választani kell egy túl nagy vagy egy kis denzitású felvétel között, akkor a bölcs döntés mindig a sötétebb kép választása.
A kép megjelenését befolyásoló tényezők
Egy kép denzitását a mAs-on és egyéb befolyásoló tényezőkön kívül számos változó módosíthatja. Több tényező a képdenzitást nem lineáris módon változtatja bizonyos körülmények között. Például a tipikus D log E görbe is csak a görbe egy részén mutat linearitást (2. ábra). Ha a felvételi körülmények a görbe kezdeti vagy végső szakaszába helyezik az expozíciót, akkor a denzitás drámaian változhat. Hasonló nem lineáris viselkedés, illetve denzitásváltozás figyelhető meg például az erősítőernyők foszforválaszgörbéje esetén, a röntgencső termoionikus emissziójánál, stb.
Szerencsére ezek a változók statisztikailag nagyjából kiegyenlítik egymást. Lehetnek azonban olyan körülmények, mikor a változók úgy alakulnak, hogy több mint 30%-os denzitáseltérést hoznak létre, és ekkor egy váratlan jelentős denzitáseltérés válik láthatóvá.
Kép denzitás hatása a kontrasztra. (C) Megfelelő expozíció esetén a denzitások a látható tartományba esnek. (B) Alulexponált filmet eredményez a B tartomány. (D – E) Túlexponált filmet eredményez a D – E tartományban keletkező expozíció. A kontrasztcsökkenés az alul-, ill. túlexponált felvételeken a görbe csökkent meredekségéből adódik.
A denzitást befolyásoló tényezők
A radiográfiai denzitást számos tényező befolyásolja, melyeket a 3. ábrán foglaltunk össze. Ezek a tényezők kontrolláló és befolyásoló tényezőkre osztályozhatók. A radiográfiai denzitás beállítására alapvetően a kontrolláló faktorokat kell használni.
mAs mint kontrolláló faktor
Bár a mAs és az expozíció összefüggése egyenesen arányos egymással, ezek a faktorok és a denzitás összefüggése lényegesen összetettebb. A denzitást a kiváló ezüst mennyisége határozza meg, mely függ az emulzió és a film típusától, az expozíciós körülményektől, az expozíciótól (mR) és az előhívástól. A D log E szenzitometriás görbe az expozíció és a denzitás közti összefüggést adja meg, mely görbén az x tengely a relatív expozíció logaritmusát, az y tengely pedig a denzitást jelenti (2. ábra).
Az expozíció és a denzitás összefüggése határozza meg a D log E görbe alakját és helyzetét egy adott előhívási körülmény mellett. A radiográfia egy denzitás, az opacitás 10-es alapú logaritmusa és az opacitás pedig a beeső és átmenő fény viszonyát (hányadosát) adja meg. Ha tehát egy adott terület egy radiográfiai filmen 1,0 optikai denzitással bír, az azt jelenti, hogy a beeső fény 10%-a jut át ezen a filmterületen. Ugyanakkor ezen terület opacitása 10. Ha az OD szám (optikai denzitás) 1,3-ra növekszik, akkor az opacitás megkétszereződik (20) és az átengedett fény mennyisége az előbbi értéknek csupán fele, azaz 50%. A OD szám 3 tizeddel való változása tehát az opacitást felezi vagy duplázza. A D log E görbe legfontosabb része a középső egyenes tartomány, ahol a denzitás egyenesen arányos az expozíció logaritmusával. Ez a középső egyenes tartomány tehát egy állandó arányt biztosít, így például, ha ennek a szöge 45º-os, akkor ez az arány 1,0. A fent említett példában, ha az expozíciót megkétszerezzük, akkor az opacitás is megduplázódik. A radiográfiában egy gyakori rossz elnevezés, hogy az expozíció megduplázása a denzitást is megkétszerezi. Ez általában nem igaz egy tipikus film-erősítőernyő rendszerben. Ha a filmet ért expozíciót növeljük, akkor a denzitás is nőni fog egy bizonyos pontig. Mivel a denzitást elsősorban az expozíció mennyisége határozza meg és az expozíció egyenesen arányos a mAs-sal, ezért a mAs az az elsődleges kontrolláló tényező, mellyel a radiográfiai denzitást befolyásoljuk. Ha tehát a mAs értéket növeljük, akkor a röntgensugár expozíció is növekszik, következésképpen a denzitás is. A mAs érték és az expozíció egyenes arányossága teremti meg annak az alapját, hogyha egy vagy több technikai faktor változik, akkor a mAs tényezővel lehet ezt a változást kompenzálni. A fentiek alapján a reciprocitás szabályt újra fogalmazhatjuk, mégpedig úgy, hogy a radiográfiai film denzitása mindaddig állandó, amíg a röntgensugár expozíció intenzitása és időtartama (melyet a mAs értékkel kontrollálunk) változatlan marad. A reciprocitás szabály ugyanakkor nem érvényesül, hogyha nagyon rövid vagy nagyon hosszú expozíciós időket használunk. A mai készülékeken az automata expozíciós rendszerek igen nagy segítséget nyújtanak a radiográfus számára, mivel általában ajánlanak mAs értékeket egy bizonyos expozícióhoz, melyeket természetesen változtatni lehet. Ahhoz, hogy a denzitásban látható különbséget találjunk, a mAs értéknek legalább 30%-kal különbözni kell. Természetesen a befolyásoló tényezők is változhatnak, de az imént említett mAs okozta expozíció változás mértéke szükséges ahhoz, hogy különbséget lássunk. Ez a 30%-os érték egy irányszám; az a tartomány, ahol a denzitásban különbséget tudunk tenni, 25-35% között lehet. Laboratóriumi körülmények között bizonyos esetekben már néhány százalék esetén is a látórendszer különbséget tud tenni a kép denzitásában, ugyanakkor komplex klinikai képek esetén ilyen kis denzitáskülönbséget nem lehet meglátni.
Az a radiográfiai felvétel, amely nem értékelhető denzitásproblémák miatt, újból elkészítendő és ezesetben legalább 30%-os mAs változást kell beállítani. Ugyanakkor, ha csak 30%-os különbséget állítanánk be, a nem megfelelő felvételtől való különbség elenyésző lenne. Éppen ezért egy általános szabály, hogyha a denzitás problémák miatt a felvételt meg kell ismételni, akkor a mAs értéket vagy duplázni vagy felezni kell. Ha tehát egy rontott filmet 10 mAs értékkel exponáltuk, akkor ismétlésnél legalább 20 mAs értéket kell beállítani (ha a 20 mAs nem elegendő, akkor a következő lépcső a 40, esetleg 80 mAs lehet).
A kV, mint befolyásoló tényező
A kV, azaz a csőfeszültség a röntgensugár intenzitását kétféle módon befolyásolja. Egyrészt a kV meghatározza az anódba csapódó elektronok energiáját és ezáltal a maximális fotonenergiát is. Másrészt az átlagos fotonenergiát is a csőfeszültség szabja meg, ezért a csőfeszültség változtatása a röntgensugárzás intenzitását determinálja, amennyiben a mAs és egyéb faktorok változatlanok. A kV hatással van még a szórt sugárzás „előállítására”, mely szintén kihat a filmet, illetve a receptort elérő fotonok mennyiségére és minőségére.
A csőfeszültség tehát meghatározó hatással van a röntgensugárzás mennyiségére és minőségére, következésképpen nagy jelentőséggel bír a radiográfiai denzitás kialakításában. A radiográfia fejlődése során történtek próbálkozások olyan praktikus összefüggések megfogalmazására, melyek a röntgensugár mennyiségi és minőségi jellemzőit is figyelembe veszi. Sajnos túl sok változót kell figyelembe venni, de az alábbi általános szabályok jó tájékozódást biztosítanak:
- látható denzitásbeli eltérést az alacsony csőfeszültség tartományban (30-50 kVp) akkor kapunk, ha a csőfeszültség legalább 4-5%-kal változik,
- közepes csőfeszültség (50-90 kVp) tartományban ez 8-9%,
- magas csőfeszültség (90-130 kVp) esetén 10-12%.
A denzitás és kV közti kapcsolat alapszabályát mégis a 15%-os szabály fejezi ki legegyszerűbben, mely kimondja, hogy a csőfeszültség 15%-os növekedése az expozíciót duplájára növeli vagy a csőfeszültség 15%-os csökkentése fele annyi expozíciót jelent. A 15%-os szabály sajnos nem a teljes diagnosztikus feszültség tartományra igaz, hanem a 60-100 kVp tartományban tekinthető pontosnak. A magas csőfeszültség tartományban 15%-kal magasabb értékkel lehet az expozíciót csökkenteni, mert a szórt sugárzás jelentősebb mértékű. Mivel a szórt sugárzás mennyisége a vizsgált testrész vastagságával függ össze, egy kövérebb betegnél nagyobb denzitást kapunk ugyanannál a beállításnál, mint egy vékonyabb beteg esetén. Ebből következően egy 5 cm vastag csuklónál lehet a 20%-os szabályt optimális alkalmazni, míg a 20 cm lágyrész vastagságú hasnál a 15%-os szabály ad jó eredményt.
A kV változtatása ugyanakkor a képkontraszt állításának elsődleges módja. Ezért a csőfeszültség 15%-os változtatása a képkontrasztot is változtatni fogja. Nyilvánvaló, hogy ha a kontraszt változtatása szükséges, akkor a 15%-os szabály egy jó módszer a denzitás optimalizálására. Ugyanakkor, ha csak a denzitást kívánjuk változtatni, akkor a 15%-os szabályt nem szabad alkalmazni, mivel a kontrasztot is megváltoztatja. Ilyenkor kizárólag a mAs állítással kell a megfelelő kontrasztot elérni.
A kVp denzitásra gyakorolt hatását a generátor fajtája, illetve konfigurációja is befolyásolni tudja. A nagyenergiájú fotonok mennyiségét ugyanis a feszültséghullám alakja determinálja, azaz egy egyfázisú hullámnál sokkal kisebb az átlagos fotonenergia, mint egy háromfázisú 12 pulzusú hullámformánál.
EGYÉB BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK
A gyújtófókusz mérete
A nagyobb gyújtóterületen több a beeső elektronok mennyisége, mely természetesen nagyobb fotonszám keletkezését teszi lehetővé. A kétfókuszú csövekben ezt a jelenséget az elektronika kompenzálja, azaz a nagyobb fókuszterületnél beállított pl. 100 mA áramerősség valójában kisebb értékű, mint a kis fókuszterületnél beállított 100 mA áramerősség értéke. A két fókuszterület közti különbség lehet 30% fölötti, ha nincs a készülék megfelelő módon kalibrálva.
Az anódsarok effektus
Az anódsarok effektus következtében a sugárzás intenzitása és ebből fakadóan a denzitás különbözik a röntgencső anód és katód felőli végénél. Az anódszögtől függően ez a denzitáskülönbség a két csővég között lehet akár 45%. Természetesen a denzitás mindig a katód felőli oldalon a nagyobb. Az anódsarok effektus hangsúlyozottabban érzékelhető, ha a kollimátor teljesen nyitva van, kis fókusz-film távolság valamint kis anódszög (12º vagy kevesebb) esetén.
Az anódsarok effektust ugyanakkor előnyösen is lehet használni olyan esetben, amikor a vizsgálandó területen nagy a lágyrészek, struktúrák denzitáskülönbsége. Ilyenkor a nagyobb denzitású struktúrákat a cső katód felőli oldalára pozicionáljuk és a kisebb denzitású struktúrák az anód felőli oldalra kerülnek. Ezzel a beállítással a keletkező kép denzitása kiegyenlítettebb lehet. Az 1. táblázatban néhány ilyen vizsgálati típust és azok beállítását foglaltuk össze.
1. táblázat
Anódsarok effektus gyakorlati alkalmazása
Projekció Testrész elhelyezése
Katód felőli oldalon Anód felőli oldalon
Femur (AP/oldalirányú) csipő térd
Lábszár (AP/oldalirányú) térd csipő
Humerus (AP/oldalirányú) váll könyök
Alkar (AP/oldalirányú) könyök csukló
Háti gerinc (AP) has nyak
Háti gerinc (oldalirányú) nyak has
Ágyéki gerinc (AP/oldalirányú) medence has
Távolság
A fókusz-film távolság a sugárnyaláb intenzitását a négyzetes sugárfogyás alapján befolyásolja. A filmet ért expozíció tehát a távolság négyzetével fordítottan arányos, azaz I1/I2 = D22/D12. mely összefüggésben az I1 = régi intenzitás, I2 = új intenzitás, D12 = a régi távolság négyzete, D22 = új távolság négyzete.
2. táblázat
Alkalmazandó mAs átszámítási faktorok távolság változás esetén
új távolság 90 cm 100 cm 120 cm 140 cm 180 cm 90 cm - 1,23 1,77 2,42 4,00 100 cm 0,81 - 1,44 1,96 3,24 120 cm 0,59 0,69 - 1,36 2,25 140 cm 0,41 0,51 0,73 - 1,65 180 cm 0,25 0,31 0,44 0,60 -
A 2. táblázatban foglaltuk össze a radiográfiában használt leggyakoribb standard távolságokat és azok átszámítási faktorát. Általános szabályként elfogadható, ha kizárólag a 100, 140, 180 cm-es távolságokat használjuk, akkor ezen távolságoknál a mAs-t egymáshoz képest duplázni vagy felezni kell attól függően, hogy távolabb vagy közelebb történik az expozíció. A tárgy-film távolság szintén hatással lehet a film denzitására, mint például a légréstechnikánál. A légréstechnikánál a megnövekedett tárgy-film távolság miatt a receptort kevesebb szórt sugárzás éri, mely denzitáscsökkenést okoz, de általában ez a denzitásváltozás még a nem látható tartományban van.
Filtráció
A filtráció befolyásolja a röntgensugárzás intenzitását és ezáltal van hatása a denzitásra is. Ez érvényes mindenfajta filtrációra, úgymint például belső és külső filtrációra. Ha a filtráció növekszik, akkor a denzitás csökken. Ha a külső filtráción változtatunk, mely ritkán történik meg, a röntgensugárzás felezőréteg vastagságát újból meg kell határozni és a megfelelő mAs kompenzációt végrehajtani.
Sugárnyaláb kontroll
Az elsődleges sugárnyaláb kollimációja, valamint a mező csökkentése a vizsgálati területre eső fotonszámot csökkenti. Ennek következtében csökken a szórt sugárzás mennyisége, ezáltal pedig a kép denzitása is. A szórt sugárzás igen jelentős mértékben megnövekedik, ha vastag anatómiai struktúrát nagy csőfeszültség értékkel vizsgálunk. Ennek következtében ez a két tényező határozza meg, hogy a kollimációt milyen mértékben kell kompenzálni. Ugyanakkor a kollimáció denzitásra gyakorolt hatása attól függ, hogy mennyi szórt sugárzás éri a filmet, nem pedig attól, hogy mennyi szórt sugárzás keletkezik. Különösen nagy testű betegekben vagy nagy rácshányadosú rácsok esetén csak kevés szórt sugárzás éri a filmet, ezért a denzitás lényegesen nem változik.
Anatómia
Mivel alapvetően a betegben nyelődik el a röntgenfotonok nagy része, a leképezendő anatómiai struktúra, illetve patológiás elváltozás a film denzitásra alapvető hatással van. A sugárzás gyengítésének mértékét a szövetek vastagsága és fajtája határozza meg. A szövet típusát jelen esetben az átlagos rendszám és fizikai sűrűség jellemzi. Kontrasztanyag használata ebben a tekintetben az átlagrendszámot megváltoztatja és hatással lehet a sűrűségre is. A patológiás eltérések hasonlóképpen viselkednek.
A szövetvastagság/típus és a radiográfiai denzitás között fordított összefüggés áll fenn, másszóval ahogy nő a szövetvastagság és az átlagos rendszám és/vagy a szövet fizikai sűrűsége, a radiográfiai denzitás csökkenni fog. Ez nem egy lineáris összefüggés, mivel számos tényező hatással lehet a szöveti összetételre. Az anatómiai struktúrák és patológiás eltérések optimális leképezéséhez szükséges beállítások a klinikai tapasztalat során alakulnak ki. Számos tényezőt figyelembe kell venni, úgymint pozitív, negatív, kontrasztanyag jelenlétét és mennyiségét, csakúgy mint a patológiás eltéréseknél fennálló additív és destruktív hatásokat.
Egy speciális probléma lehet, ha a felvételt döntött (15o-nál nagyobb) csővel végezzük, mivel a látómező (FOV) két szélénél a szövetvastagság jelentős mértékben eltérhet (4. ábra). Ilyen esetekben a centrális sugárnyaláb és a széli részek között könnyen előfordul akár 30%-os expozíciós különbség, mely a két szél között 60%-ot jelent. Ezt a hatást természetesen kompenzálhatjuk részben a technikai faktorok állításával, vagy az anódsarok effektus megfelelő alkalmazásával.
Meredek cső döntés hatása a denzitásra. Megfigyelhető a szövetvastagság változása a centrális sugárnyaláb cranio-caudalis széli részein.
Az ortopédiai és traumatológiai felvételek jelentős részénél rögzítőanyagok (gipsz) lehet jelen. A rögzítőanyagok összetétele valamelyest eltérő az emberi szövetektől, de a sugárgyengítési tulajdonságuk ehhez hasonló. Ha tehát denzitás szempontjából korrigálnunk kell, akkor a rögzítőanyagok vastagsága szerint kell csupán eljárni és nem kell a rögzítőanyaga miatt külön a technikai faktorokkal kompenzálni.
Rácsok
A rácsok a szórt sugárzást abszorbeálják, mely szórt sugárzás egyébként a film denzitását emelné. Minél hatékonyabb egy rács, annál kisebb adott beállításnál a denzitás. A rács hatékonyságát a rácshányados, a rácsfrekvencia, a rács mozgása és a rácshibák befolyásolják. A rács használatából fakadó denzitáscsökkenést a mAs érték állításával végezhetjük el. A különböző rácsoknál szükséges mAs értékét a rácsok konverziós faktorából számíthatjuk. Ha különböző konverziós faktorú (GCF) rácsokat cserélünk, akkor a mAs változtatást az alábbi összefüggés alapján számolhatjuk ki: mAs1/mAs2 = GCF1/GCF2
Mivel a rácsok használatának fő oka a kontraszt javítása, a denzitáscsökkenést a csőfeszültség emelésével végezni nem célszerű, mivel a kontrasztot pont az ellenkező irányban változtatja.
Film/erősítőernyő
A film és az erősítőernyő is hatással van a denzitásra. Az erősítőernyő foszforszemcséi a röntgenfotonokat fényfotonokká „alakítják”, ugyanakkor valamelyest gyengítik a keletkező fényt. Amikor az ezüsthalid kristályok a film emulziójában a látens képet kialakítják, egyben megteremtik a fémes ezüstkiválás, azaz a denzitás fizikai alapját. Az erősítőernyő relatív sebessége az a paraméter, amely az erősítőernyőt jellemzi és segít a technikai faktorokat optimálisan beállítani. Ahogy a relatív sebesség növekszik, az azonos denzitáshoz szükséges expozíció mennyisége csökken. A relatív sebesség kompenzálásához a mAs érték állítását lehet használni, mivel az expozíció és a mAs egymással egyenesen arányos: mAs1/mAs2 = RS2/RS1
Előhívás
Az előhívási körülmények a denzitást igen nagymértékben befolyásolni tudják, a denzitás, kontraszt és az alaphomály paraméterek ellenőrzése a minőség-ellenőrzés legfontosabb elemei. A denzitás növekszik, ha az előhívó oldat hőmérséklete, az előhívási idő nő vagy ha a hívót gyakrabban frissítjük. A denzitás csökken, ha az előbbi tényezők ellentétesen változnak vagy ha az előhívó oldat szennyeződik.
KONTRASZT
A kontraszt értékelése
A kontraszt azon két fotográfiai tulajdonság egyike, mely a részletek láthatóságát meghatározza. A részletek láthatósága a radiográfiai kép egy olyan tulajdonsága, mely lehetővé teszi az emberi szem számára, hogy megfelelő kontraszt (és denzitás) esetén strukturális részleteket lássunk. A radiográfiai kontraszt nem más, mint az egymás mellett lévő denzitások közötti különbség. Matematikailag az egymás mellett lévő denzitások közti különbség hányadosával vagy százalékával fejezhetjük ki, melyek a gyakorlatban a fehértől különböző szürkék árnyalatán keresztül a feketéig terjed.
Mivel a kontrasztot a különböző denzitások alakítják ki, ezért a kontraszt megértéséhez a denzitás szabályozásának lehetőségeit pontosan érteni kell. Bár a kontrasztot egy független tényezőnek tekintik annak következtében, hogy különböző denzitások építik fel, viszonylag nehéz elkülöníteni a kontraszt értékelését a denzitás általános megítélésétől. Ebből következik, hogy a denzitás bármilyen irányú változása a kontrasztot is befolyásolja.
Kontraszt változás egy digitális hasi felvételen megtartott denzitási pont mellett. A kontraszt változást mutatja a D log E görbe. A kontraszt görbe meredekebb és rövidebb lesz A – F irányba, a denzitási pont megtartott. Az optimális kontraszt egy diagnosztikus felvétel esetén: C.
A kontraszt leírása
Ha egy képen az egymás mellett elhelyezkedő denzitások közti különbség nagy, akkor annak a kontrasztja magas, és a képen csupán néhány szürke árnyalat van jelen. Ezzel ellenkezőleg, ha a denzitáskülönbség kicsi, akkor a kép alacsony kontrasztú és több szürke árnyalat van jelen a képen (5. ábra). Az ábrán az A-F képsorozaton fokozatosan egyre kevesebb szürke árnyalat van jelen, az A kép kontrasztja a legalacsonyabb és az F képé pedig a legmagasabb.
Ahogy az egymás mellett elhelyezkedő denzitások különbsége nő, egyre kevesebb a megkülönböztethető szürke árnyalatok száma és a kontraszt növekszik, ez természetesen fordítva is igaz. A gyakorlatban gyakran használják azt az egyébként helytelen elnevezést, hogy egy kép jó kontrasztú, mellyel a magas kontrasztra utalnak, ami nem biztos persze, hogy jó. Valójában az alacsony kontraszt mellett a denzitások közti különbség jobban megítélhető, ezért több diagnosztikus információt tartalmaz. A 6. ábrán jól megfigyelhető, hogy az alacsony kontrasztú képen (B) a tüdő struktúrái sokkal jobban megítélhetőek.
Alacsony és magas kontraszt. (A) Mellkas felvétel 80 kVp esetén. (B) Mellkas felvétel azonos betegnél 110 kVp esetén.
A kontraszt érzékelése nem csupán a látórendszerrel függ össze, hanem pszichés elemei is vannak. Van egyedi különbség a látórendszer teljesítőképességének vonatkozásában és méginkább nagy különbségek lehetnek az egyes egyének élményei, tanulmányai között. Talán pontosabb lenne a kérdést úgy megközelíteni, hogy az egyéneknek más és más a „kontrasztérzékenysége”. A magas kontrasztú képek a gyakorlatlan vizsgálónak előnyösebbnek tűnhetnek, ugyanakkor a radiográfus és a radiológus pontosan tudja, illetve felismeri, hogy az alacsony kontrasztú kép sokkal több információt tartalmazhat. Ha egy képen minden denzitás ugyanolyan lenne, azon a képen nem lenne kontraszt és valójában nem lenne kép sem. Tehát egy képen annál több információ van, minél több denzitás van jelen, következésképpen számos kontrasztkülönbség is.
Kontrasztlépcsőnek hívjuk a látható szürke árnyalatok sorozatát, illetve számát. Rövid kontrasztlépcső esetén a denzitások közötti különbség nagy és ezért kevés denzitásfajta van jelen. Ennek ellentéte a hosszú kontrasztlépcső, mely kis denzitás differenciákat jelent, ezért sok denzitásfajta látható a képen (7. ábra). Értelemszerűen a rövid kontrasztlépcső magas kontraszttal, a hosszú kontrasztlépcső alacsony kontraszttal jellemezhető.
Kontrasztbeli variációk. A kVp emelése növeli a szürke árnyalatok számát, ill. a kontraszt terjedelmét.
A digitális képfeldolgozás bevezetése óta megkülönböztetünk fizikai és látható kontrasztot. A fizikai kontraszt az a teljes denzitástartomány, melyet a receptor rögzített. A látható kontraszt azt a teljes denzitástartományt jelenti, melyet az emberi szem egy képen látni tud. Ez utóbbi a fizikai kontrasztnak csak egy része és a diagnózist is csak ebből az információból kaptuk korábban a filmalapú radiográfiában. A computertechnika lehetővé teszi a teljes fizikai denzitás- tartomány kiértékelését, mely jelentős segítséget jelent a képalkotó diagnosztikában.
A kontraszt módosítása
A receptorfelület sok olyan denzitást rögzít, melyet az emberi szem nem lát. A kívánatos kontraszttól függően a rögzítésre kerülő denzitástartományt különböző módokon lehet összenyomni vagy kitágítani, mint például a D log E görbe változtatásával, a kVp beállítással vagy egy computer segítségével. A denzitástartomány megválasztásával a receptoron rögzített fizikai kontrasztból kiválasztjuk a látórendszer számára értékelhető kontrasztot.
RADIOGRÁFIAI KONTRASZT
A radiográfiai kontraszt két összetevőből épül fel, egyrészt a vizsgált anatómiai struktúrából (tárgykontraszt) másrészt a film kontrasztjából (filmkontraszt).
Filmkontraszt
A filmkontraszt az a denzitástartomány, melyet a receptor, azaz a film rögzíteni tud, matematikailag ezt a D log E görbe írja le. A filmkontrasztot négy tényező határozza meg: az erősítőernyő, denzitás (OD), D log E görbe és az előhívás.
Erősítőernyő
Az erősítőernyő funkciójából fakadóan a képnek magasabb kontrasztot ad. Bár a pontos oka nem ismert, egy röntgensugárral exponált film kontrasztja mindig alacsonyabb, mint hogyha ugyanezt a filmet az erősítőernyőn keletkező fénnyel exponáljuk. A legvalószínűbb magyarázat az lehet, hogy a film röntgenfotonokra másként reagál. A D log E görbe drámaian változik, ha egy fényexpozícióra tervezett filmet röntgenfotonokkal exponálunk. Az erősítőernyő sebességének nincs érdemi hatása a kontrasztra.
Kontraszt index 1-6 denzitás tartomány esetén.
Kép denzitás hatása a kontrasztra.
Denzitás
A filmkontraszt a filmdenzitással együtt változik, melyet a 8. ábra mutat. Az ábrán jól látható, hogy van egy olyan denzitástartomány, mely maximális kontrasztot biztosít. Ha a denzitás túlzott mértékben megváltozik, akkor a kontraszt is csökkenni fog, mint például a D log E görbe perifériás részein. Ha a kVp állandó, akkor az expozíció aktuális értékét a mAs és a távolság határozzák meg. Ha egy filmet megfelelően exponálunk, akkor a filmen kialakuló denzitásértékek a D log E görbe látható tartományába esnek. Ha az expozíció a denzitásokat a görbe kezdeti vagy végső szakaszára helyezi, a görbe sokkal kevésbé meredek és ezért a kontraszt is lényegesen rosszabb (9. ábra).
D log E görbe
A D log E görbe alakját alapvetően a filmemulzió fizikai összetétele határozza meg. Ahol a görbe meredek, ott a kontraszt is jó. A 10. ábrán demonstrált „A” film nagyobb kontrasztot biztosít, mint „B” film. Az „A” görbe meredekebb, ezért a látható denzitástartomány egy szűkebb expozíciós intervallumban helyezkedik el. Az „A” film tehát egy magas kontrasztú, szűk megvilágítás-terjedelemmel bíró film, míg a „B” film ennek ellentétje.
D log E görbe hatása a kontrasztra. A görbe meredekségével arányosan növekszik a kontraszt.
A kémiai homály hatása a kontrasztra. (A) görbe esetén a megnövekedett homály emeli a görbe kiindulási pontját és csökkenti a görbe meredekségét. Ennek hatására csökken a kontraszt.
Előhívás
Az előhívási idő, hőmérséklet és az elhasznált vegyszerek növelik a filmen a kémiai homályt és ezek a tényezők a D log E görbe meredekségét csökkentik, különösen a kezdeti szakaszon (11.ábra). Bármelyik előhívási tényező, mely befolyásolja az alaphomályt, a kontrasztot is megváltoztatja. A hívó hőmérséklete, a hívási idő, a hívó frissítése és szennyezése azok az elsődleges tényezők, melyek a homály szintjét meghatározzák. Az előhívásnak is meg vannak az optimális körülményei, melyektől való eltérés értelemszerűen csökkenteni fogja a kontrasztot. Ha a hívót fixírrel szennyezzük, a homály nőni és a kontraszt csökkenni fog, mivel a hívóban lévő redukáló anyagok a pH változása miatt kevéssé tudják kifejteni hatásukat.
TÁRGYKONTRASZT
A tárgykontraszt a röntgensugár intenzitásbeli különbségét jelenti, miután a sugárnyaláb a vizsgálandó tárgyon áthaladt. A tárgykontraszt függ a csőfeszültségtől és a vizsgálandó anyag mennyiségétől és típusától.
Csőfeszültség
A tárgykontrasztot elsődlegesen a kVp határozza meg. Ha a kVp-t növeljük, akkor egy szélesebb fotonenergia tartomány alakul ki. A szélesebb fotonenergia tartomány miatt a fotonoknak nagyobb a szöveti penetrációjuk, mely a filmen egy szélesebb denzitástartományt alakít ki, ezáltal összességében alacsonyabb kontrasztot.
Mindaddig, amíg a kVp beállítás, és a szöveti penetráció megfelelő, az alacsony kVp adja a legmagasabb tárgykontrasztot. Ha azonban a kVp túl alacsony, a fotonok nagy része nem éri el a filmet, mivel a vizsgált tárgyban (páciensben) abszorbeálódnak. Az alacsony kVp azért eredményez nagy tárgykontrasztot, mert az alacsony energiájú fotonok többsége a vastagabb struktúrákban abszorbeálódik, de a vékonyabb struktúrákon áthatol. Magas kVp esetén a tárgykontraszt csökkenni fog, mert a fotonok áthatoló képessége hasonló lesz a vastag és vékony struktúrák tekintetében. A kVp tárgykontrasztra gyakorolt hatását D log E görbén is tanulmányozni lehet (12. ábra). Az ábrán az expozíciót adó fotonintenzitás tartomány látható alacsony és magas kVp esetén ugyanazon a filmtípuson.
A kVp hatása a kontrasztra. Magas kVp esetén a transzmittált fotonok terjedelme egy szűkebb relatív expozíciós tartományt fog be. Alacsony kVp esetén túl széles a relatív expozíció tartomány, így nem képes megjeleníteni a látható denzitási tartományon belül. Alacsony kVp esetén az alacsony és magas foton intenzítások egy része nem lesz látható.
A magas kVp egy szűkebb relatív expozíciós tartományt fog be, mely a D log E görbe látható denzitástartományon belül helyezkedik el. Alacsony kVp esetén egy tágabb relatív expozíció tartomány érintett, mely a D log E görbén nem látható denzitástartományokra is kiterjed. Ebből az következik, hogy a legalacsonyabb és legmagasabb expozíciók a nem látható denzitástartományba kerülnek. Ha a kVp-t emeljük, akkor az előzőleg nem látható denzitáskülönbségek láthatóvá válnak, következésképpen diagnosztikailag fontos információk jelennek meg.
A fentiek könnyen érthetővé válnak, ha a mellkasfelvételt egy bordafelvétellel hasonlítjuk össze. A mellkasfelvétel esetén a magas kVp széles tartományban láthatóvá teszi a radiográfiai denzitásokat. Így mind a levegővel telt tüdő, mind pedig a csontos struktúrák a látható denzitástartományba kerülnek. Egy ilyen felvételen nincsenek alul vagy túlexponált struktúrák. A bordafelvételnél az alacsony kVp célja, hogy a tüdőszövet és a csontos struktúrák közti különbség hangsúlyozottá váljon. A levegővel telt tüdőnek magasabb, a csontos struktúráknak viszont alacsonyabb denzitása lesz a mellkasfelvételhez képest.
A kVp mellett a szórt sugárzásból származó homálynak is fontos szerepe van a kontraszt kialakításában. Ahogy a kVp-t emeljük, a Compton-kölcsönhatás aránya is emelkedik. Ebből fakadóan a szórt sugárzás mennyisége nő, mely a kontrasztot csökkenti. A szórt sugárzás emeli a D log E görbe kiindulási értékét és csökkenti a görbe meredekségét. Ez okozza, hogy a kis denzitás különbségeket a köd „eltünteti”, és ezek egymástól már differenciálhatók (13. ábra).
Szórt sugárzás hatása a kontrasztra. A szórt sugárzás képdenzitás változást (és helytelen információt) eredményez magas denzitású terület mögött (pl gerincoszlop mögött). A szórás akadályozza a csont fény árnyék megjelenítését a filmen.
Az ilyen képen eltűnik a „tiszta fehér” terület és egyben kisebb lesz a kép kontrasztja. A képen megjelenő homálynak a szórt sugárzáson kívül lehetnek más okai is, mint például a filmet érő hőhatás, az alacsony szintű ionizáló sugárzás, kémiai hatások. Az előhívás során keletkező homályképződésről, illetve annak okairól már szóltunk. A radiográfusnak folyamatosan ellenőrízni kell a készülő képek minőségét és eliminálni minden olyan tényezőt, mely a kép kontraszt-csökkenéséhez vezet.
A vizsgálandó anyag mennyisége
A vizsgálandó anyag mennyisége függ az adott testrész vastagságától és a mező méretétől. Ez a két tényező határozza meg a receptorhoz érkező röntgenfotonok mennyiségét. Ahogy a testrész vastagsága nő, ezzel arányosan nő a röntgensugár abszorpciója is. Az eltérő vastagságú részek között kialakuló abszorpciós különbség a tárgykontrasztot jelentős mértékben befolyásolja. Ha ez a különbség az egymás mellett elhelyezkedő struktúrák között nagy, akkor a tárgykontraszt is megnő, míg ha kicsi, csökken a tárgykontraszt is. A testrész vastagságának és a mezőméret növekedésével a szórt sugárzás mennyisége is megnő, mely csökkent tárgykontrasztot eredményez.
A vizsgálandó anyag típusa
A vizsgálandó anyag típusát az adott struktúrát felépítő atomok rendszáma és sűrűsége határozza meg, így mindkét tényező hatással van a tárgykontrasztra. Nagy rendszámú atomok, úgymint ólom, jód, bárium a röntgensugárzást nagyobb mértékben abszorbeálják, mint alacsony rendszámú atomok (hidrogén, szén, kalcium). Ennek oka, hogy a nagy rendszámú atomokban sokkal több elektron van, mely növeli a röntgenfoton-anyag kölcsönhatás gyakoriságát. Ha az egymás mellett elhelyezkedő szöveteket felépítő atomok rendszáma jelentősen különbözik, akkor a tárgykontraszt is nőni fog. Ez az alapja annak, hogy az átlagosan viszonylag nagy rendszámú csontok és a mellettük elhelyezkedő lágyrészek közötti kontraszt nagy. A kontrasztanyagok szintén ezen az elven működnek.
A sűrűség azt jellemzi, hogy az atomok egymáshoz milyen közel vannak. Ha az egymás mellett elhelyezkedő szövetek sűrűségében nagy különbség van, akkor a tárgykontraszt is nagyobb. Erre példa a tüdőszövet és a mellkasban lévő lágyrészek közti lényeges kontraszt.
A KONTRASZT ÉRTÉKELÉSE
A látható kontraszt értékelésének legfontosabb szempontja, hogy a megfelelő denzitástartomány szintén látható legyen a vizsgálat szempontjából fontos anatómiai területen. A megfelelő denzitás önmagában azonban nem elég, mivel a kérdéses anatómiai struktúra csak akkor látható, ha elegendő kontraszt is jelen van a különböző denzitások között. A látható denzitástartományról korábban már említettük, hogy az emberi látórendszer számára OD = 0,25-2,50.
A denzitás értékelésével ellentétben a kontraszt megítéléséhez nem elegendő a megfelelő denzitás a látható tartományban. Egy adott vizsgálatnál elegendő számú és különbségű denzitásra van szükség, hogy adekvát kontrasztot lehessen megítélni. Nem elhanyagolható szempont, hogy ezt a képességünket jelentősen befolyásolja a tapasztalat, mint az anatómia, élettan, patológia, csakúgy mint a technikai faktorok pontos ismerete.
Mivel egy radiográfiai képen több információ van, mint amennyit látunk, a diagnosztikai szempontból fontos kontraszt attól függ, hogy a látható kontraszttartományban milyen denzitások vannak. Bizonyos szempontból az alacsony kontrasztú képeken több információ lehet, de a leglényegesebb szempont, hogy hányféle denzitás különböztethető meg egy adott területen.
Az emberi szem képessége korlátozott a fényes és sötét árnyalatok elkülönítésében. A szélső értékeket a már említett OD érték adja meg, mely egyben kijelöli a szürkeségi skála két szélső pontját. Ha további szürke árnyalatokat helyezünk el a két pont közé, minden egyes árnyalat csökkenteni fogja a két árnyalat közti denzitáskülönbséget, illetve kontrasztot. A szürke árnyalatok további hozzáadásával elérkezik az a pont, amikor két szürke árnyalat között nem látunk különbséget. Ezt a pontot egyéni képességek is befolyásolják, de alapvetően 30%-os denzitáskülönbség kell, hogy a két árnyalatot egymástól elkülöníteni tudjuk. Nagy tapasztalattal és gyakorlattal bíró szakemberek már 15%-os különbséget is meglátnak, mely azt jelenti, hogy kétszer annyi szürke árnyalatot tudnak megkülönböztetni, mint az, akinek 30%-os denzitáskülönbségre van szüksége a két árnyalat elkülönítéséhez.
A kontraszt megítélése rendkívül nehéz lehet még tapasztalt radiográfus részére is, ha a kép denzitása rossz; csak megfelelő denzitástartomány esetén lehetséges a kontraszt effektív megítélése. Az emberi látórendszer a kontrasztértékelés során az egymással szomszédos denzitásokat tudja jól értékelni, ezért néha rendkívül hasznos lehet a vizsgálandó terület környezetének kitakarása (14. ábra).
A megfelelő kVp kiválasztása – a kVp, mint kontrasztmeghatározó tényező
Nincs egységes szabály arra vonatkozólag, hogy adott vizsgálatnál mennyi és milyen kontraszt szükséges. A legtöbb radiológus általában viszonylag egyenletes kontrasztot tart kívánatosnak, mivel így a különböző projekciókban készült felvételek könnyebben összehasonlíthatóak.
Kontraszt maszk alkalmazása. (A) Egy mellkas felvétel kontraszt megítélése nehéz, mert túl világosnak tűnik. (B) Ugyanaz a felvétel kontraszt maszk alkalmazása esetén a jobb tüdő felső lebenyén javítja a kontraszt megítélését.
A 15. ábra demonstrálja a kontraszt képminőségre gyakorolt hatását. Ebben a képsorozatban a kontraszt a kVp értékével együtt változik. Ne felejtsük el, hogy a kontraszt azonos kVp, de különböző szövetvastagság esetén is eltérő lehet. Amennyiben a kVp-t változtatjuk, a mAs értékkel kompenzálni kell az azonos expozíció elérése miatt a beállítást, hiszen a különböző kontrasztok összehasonlítása csak azonos denzitás mellett lehetséges. Ennek érdekében a 15%-os szabályt kell alkalmaznunk. A kVp tartománytól függően a kontrasztban értékelhető eltérés csak a kVp 4-15%-os változása esetén jön létre. Ha egy felvétel a kontrasztviszonyok miatt nem elfogadható, akkor legalább 8-15%-kal kell változtatni a csőfeszültséget, vagy ezen értékek többszörösével. Más szóval, ha egy felvétel a kontraszt miatt nem igényel legalább 8%-os kVp változtatást, akkor a felvételt nem érdemes megismételni. Bizonyos esetekben kívánatos lehet a kVp csökkentése a kontraszt fokozása céljából, amit az expozíció szempontjából a mAs emelése követ. Így például egy hasi felvételnél a 90 kVp alkalmazása alacsony kontrasztot ad. Ha ezt a felvételt 70 kVp-vel ismételjük, lényegesen magasabb kontrasztot kapunk, melynek elsődleges oka az alacsonyabb mértékű szórt sugárzás. A vastagabb lágyrészeknél tehát a kVp emelése ellentétes eredménnyel jár a fokozott Compton-szóródás miatt. A kontrasztviszonyokat megbecsülhetjük az átlagos beeső fotonenergia és az átlag belső héj kötési energia viszonyának tanulmányozásával (16. ábra). Ha például a csontstruktúrákat akarjuk maximális kontraszttal ábrázolni, akkor a technikai faktorokat úgy kell állítani, hogy a fotoelektromos kölcsönhatás aránya a csontszövetben maximális legyen.
A kontraszt hatása a kép minőségre. Fotoelektromos abszorpció és Compton-szó- Hasi felvételek 60 – 80 -100 kVp esetén. ródás százalékos hatása az energiára külön- Megfigyelhető kontrasztbeli változás böző szöveteknél. az anatómiai kölünbözőségek miatt.
A KONTRASZTOT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK
A kontrasztot kontrolláló tényezőnek van a képkontrasztra a legnagyobb hatása, ugyanakkor a befolyásoló tényezőknek, bár kisebb, de nem elhanyagolható (indirekt) szerepe lehet (17. ábra). Ahogy a fentiekben tárgyaltuk, a csőfeszültség (kVp) a kontraszt kontrolláló, azaz elsődleges meghatározó tényezője. Ha a kVp-t növeljük, a kontraszt csökken, ha a kVp-t csökkentjük, a kontraszt nő. Bizonyos készülékekben a kVp-t a generátor típusa is befolyásolhatja, hiszen ha nem állandó feszültségű generátorral dolgozunk, akkor az effektív kVp értékét kell figyelembe venni. A csőfeszültség egyben a szórt sugárzás mennyiségét is befolyásolja, tehát a kVp emelésével a szórt sugárzásból eredő homály nő, azaz a kontraszt csökken. A radiográfusnak az ajánlott kVp beállításokat az egyedi esetekhez kell igazítani, mivel figyelembe kell vennie a beteg testméreteit, patológiás eltérés mibenlétét, a beállítást és a készülék tulajdonságait is.
BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK
mAs
A mAs határozza meg a film denzitását és ezáltal közvetett módon befolyásolja a kontrasztot. Ha a mAs változása az emberi látás számára nem értékelhető tartományba tolja a denzitást, akkor a kontraszt is csökken (9. ábra).
Fókuszterület
A fókuszterület mérete a denzitásra is mérsékelt hatással bír, ezért a kontrasztot gyakorlatilag nem befolyásolja.
Anódsarok effektus
Mivel az anódsarok effektus a sugárzás intenzitására, azaz a filmdenzitásra van hatással, ezért a kontrasztot is befolyásolhatja. A sugárzás intenzitása a cső katód felőli oldalán nagyobb. Az anód katód oldal közötti különbség a kontrasztot azonban lényegesen nem befolyásolja.
Távolság
A fókusz-film távolság a sugárnyaláb intenzitását a négyzetes sugárfogyás szabálya alapján befolyásolja és ennek következtében a film denzitását és kontrasztját is. A távolság növekedésével csökken a denzitás és fordítva ugyanúgy, mintha a mAs-t változtatnánk. A tárgy-film távolság a légréstechnikánál lehet jelentős a kontraszt szempontjából, mivel ennek növelése csökkenti a receptort érő szórt sugárzás mennyiségét, azaz javítja a kontrasztot.
Filtráció
A filtráció növeli a sugárzás átlagos fotonenergiáját, ezáltal bármely típusú filtráció befolyással van a denzitásra és a kontrasztra is. A filtráció ugyanakkor csökkenti a sugárnyaláb intenzitását, melynek következtében csökken a denzitás és a kontraszt. Az átlagos fotonenergia növekedése viszont növeli a szórt sugárzást és ez a kontrasztot csökkenti.
Sugárnyaláb kontroll
A sugárnyaláb kontroll, azaz a mező csökkentése a képalkotásban résztvevő fotonok mennyiségét csökkenti, ezáltal kisebb lesz a szórt sugárzás és jobb lesz a kontraszt.
Anatómia
Mivel maga a páciens okozza a sugárzás gyengülését, a vizsgálandó testrészt felépítő szövetek mennyisége és típusa jelentős hatással bír a denzitásra és a kontrasztra is. Ha a szövetvastagság nő, abban nő a szórt sugárzás is, mely a kontrasztot csökkenti. Hasonló hatású a szövet fizikai sűrűségének növekedése. Ha az átlagos rendszám nő, például kontrasztanyag esetén, akkor a fotoelektromos abszorpció aránya nő, mely magasabb kontrasztot okoz.
Rácsok
A rács elsődleges szerepe a kontraszt javítása, mely a szórt sugárzás eltávolítása következtében jön létre. Hogy a kontraszt mennyivel javul, az függ a szórt sugárzás mennyiségétől és ez utóbbi pedig a kVp-től, valamint a szövet mennyiségétől és típusától. A rács által létrejött kontrasztjavulás mérhető a D log E görbe egyenes szakasza meredekségével.
Film/erősítőernyő
A D log E görbét elsődlegesen az emulzió fizikai összetétele határozza meg. Ha a görbe meredekebbé válik, akkor a kontraszt emelkedik. Az erősítőernyők működésükből fakadóan magasabb kontrasztú képeket biztosítanak. Az erősítőernyő nélkül exponált film mindig alacsonyabb kontraszttal rendelkezik, mint az erősítőernyővel készített.
Előhívás
Az előhívási idő és a hőmérséklet növekedése a filmen megjelenő kémiai homály mértékét emeli, ezek a változások csökkentik a D log E görbe meredekségét, mely csökkent kontrasztot okoz. Az optimálisnál kisebb előhívási idő és a hőmérséklet ugyanakkor csökkenti a film denzitását, mely szintén a kontraszt romlásával jár.
Radiográfiás képminőség: kontrasztot befolyásoló tényezők
vissza a tartalomhoz: KÉPALKOTÁS ESZKÖZEI - avagy az orvosi képalkotás fizikája
