Egne Kürsa, Erik Landõr, Kalle Kepler

Egne Kürsa, Erik Landõr, Kalle Kepler

In conventional paediatric radiography, it is recommended to use small focal spot for thoracic imaging, which limits the use of larger X-ray tube currents. A longer exposure time is necessary to obtain images at lower currents, which can cause motion artefacts.

The aim of the study was to find out the relationship between the focal spot size, imaging geometry and image resolution in paediatric chest imaging and explore the possibility to use large focal spot in paediatric chest images.

The experiments were carried out using Siemens Ysio radiograph. A pinhole diaphragm was used to image the focal spot and the resulting image was used to take its measurements. Maximum resolution was determined using a bar pattern at various focus to receptor distances (FRD). Doses of the performed exposures were recorded.

The focal spot sizes (both 0.6 mm and 1.0 mm) corresponded to the dimensions declared by the manufacturer. For the small focal spot, the determined image resolution was 3.4 line pairs per mm (lp/mm) at FRD of 100, 150, 180 and 250 cm, limited by the maximum resolution of the image receptor, 3.47 lp/mm. As for the large focal spot, the image resolution increased from 2.8 lp/mm at 100 cm FRD to 3.4 lp/mm at 180 cm FRD. While additional filtration of 0.1 mm Cu did not significantly affect the resolution of the images, the entry skin

dose decreased by 41% for the small focal spot and 44% for the large focal spot at FRD of 100 cm.

A significant difference in image resolution was determined for images taken with the small and large focal spot at FRD of 100 cm. The difference is reduced by increasing FRD. In conclusion, while at the FRD of 100 cm it is preferable to use the small focal spot, starting from FRD of 105 cm the large focal spot, allowing larger tube currents and shorter exposure times, should be used to obtain paediatric chest images. Theoretically, higher resolution images could be obtained by using the small focal spot or larger FRD, but this is limited by the relatively low resolution of the common digital image receptors.

Keywords: paediatric radiography, chest imaging, focal spot, imaging geometry, resolution, focus to receptor distance

Rindkereülesvõtted on ühed enim tehtavad uuringud laste röntgendiagnostikas. Euroopa Komisjoni välja antud juhendi „European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic Radiographic Images in Paediatrics“ (edaspidi Euroopa juhend) (Kohn jt 1996) kohaselt tuleb laste rindkereülesvõtete tegemiseks kasutada fookustäppi suurusega 0,6 mm (maksimaalne lubatav fookustäpi suurus on 1,3 mm), lisafiltratsiooni (1 mm Al ja 0,1 mm Cu või 0,2 mm Cu) ja fookus-retseptor-kaugust 100–150 cm, kusjuures säriaeg ei tohi ületada 10 ms otseprojektsiooni puhul ja 20 ms külgprojektsiooni puhul. Väikese fookustäpi korral võib tugeva voolu ja lühikese säriaja kasutamine kaasa tuua röntgentoru anoodi ebaühtlase kuumenemise (Schueler 2000), mis lühendab anoodi eluiga ja võib äärmisel juhul põhjustada anoodi purunemise. Väikese fookustäpi puhul kasutatav hõõgniit on ka mõõtmetelt pisem, seetõttu on röntgentorule rakendatud voolutugevus väikese fookustäpi kasutamisel piiratud (Gorham ja Brennan 2010). Kui voolutugevus on piiratud, pikeneb ülesvõtte tegemisel säriaeg, mis võib ülesvõttel kaasa tuua liikumisartefaktid. Mida väiksem on fookustäpp, seda parem on geomeetriline teravus ülesvõttel

(Schueler 2000) ja sellest tulenevalt ka parem ülesvõtte lahutusvõime. Just parema lahutusvõime saavutamiseks on ülesvõtte diagnostilise kvaliteedi seisukohast eelistatud väikese fookustäpi kasutamine.

Tänapäevastes radiograafiasüsteemides kasutatakse digitaalpildiretseptoreid. Tartu Tervishoiu Kõrgkooli radiograafia õppekabinetis asuva radiograafi Siemens Ysio lauas oleva pildiretseptori lahutusvõime (pildiretseptori kahe piksli (joonepaari) ulatuse pöördväärtus) on 3,47 joonepaari millimeetri kohta (jp/mm) ja vertikaalstatiivis oleva pildiretseptori lahutusvõime on 3,6 jp/mm (Siemens 2011). Varem analoogradiograafias kasutatud filmi ruumiline lahutusvõime oli suurem, jäädes vahemikku 5–8 jp/mm (Dowsett jt 2006: 192).

Gorham ja Brennan (2010) on välja toonud, et kuigi erinevad organisatsioonid on andnud soovitusi erinevate projektsioonide puhul fookustäpi suuruse osas, ei ole selge, millel need soovitused põhinevad. Käesoleva töö autoritel tekkis huvi välja selgitada, kas fookus-retseptorkaugust suurendades on võimalik kompenseerida suurema fookustäpi kasutamisest tulenevat suuremat geomeetrilist ebateravust, milliseid ülesvõtte parameetreid tuleb selleks kasutada ja millised piirangud sellega kaasnevad laste rindkereülesvõtete tegemisel.

Uurimuse eesmärk oli välja selgitada fookustäpi suuruse, ülesvõttegeomeetria ja kujutise lahutusvõime vaheline seos laste rindkereülesvõtetel ning suure fookustäpi kasutamise võimalused laste rindkereülesvõtete tegemisel. Sellest tulenevalt püstitati järgnevad uurimisülesanded:

1) mõõta Tartu Tervishoiu Kõrgkoolis asuva radiograafi Siemens

Ysio fookustäppide suurust ja võrrelda mõõdetud tulemusi tootja deklareeritud fookustäpi suurusega; 2) arvutada ülesvõtte geomeetriline piirlahutusvõime mõõdetud fookustäpi suuruse põhjal erinevate fookus-retseptor-kauguste jaoks tüüpilise lapspatsiendi läbimõõdu korral;

3) selgitada, millistel fookus-retseptor-kaugustel on võimalik teha laste rindkere ülesvõtteid suure fookustäpiga lahutusvõime nõrgenemiseta; 4) määrata tegelik kõrgkontrastne lahutusvõime ribafantoomi abil laste rindkereülesvõtete tegemisel ja võrrelda seda arvutusliku geomeetrilise piirlahutusvõimega; 5) mõõta patsiendi naha sisenddoosi ja hinnata patsiendi efektiivdoosi erinevate ülesvõtteparameetritega tehtud ülesvõtete puhul.

Võtmesõnad: lasteradiograafia, rindkereülesvõte, fookustäpp, ülesvõttegeomeetria, lahutusvõime, fookus-retseptor-kaugus

Uurimistöö raames toimusid katsed Tartu Tervishoiu Kõrgkoolis asuval täisdigitaalsel radiograafil Siemens Ysio. Katsed viidi läbi 2020. aasta veebruaris. Fookustäpi suuruse mõõtmiseks tehti ülesvõtted mikroauktestfantoomiga. Fookustäpi suurus mõõdeti fookustäpi suuruse määramiseks seadmel, millega kavatseti teha järgnevad katsed ja veenduda, kas selle suurus vastab tootja deklareeritule. Mikroauk-testfantoom kinnitati kleeplindiga kollimaatori külge valgusvälja keskele ja valgusväli kollimeeriti fantoomi suurusele sobivaks. Fookus-retseptor-kauguseks seati 100 cm ja ülesvõtted tehti lauale asetatud täisdigitaalse pildiretseptoriga. Ülesvõtte parameetrid nii suure kui ka väikese fookustäpi suuruse mõõtmisel olid järgmised: torupinge 55 kV, vool 40 mA ja säriaeg 500 ms. Fookustäppide mõõtmed tehti kindlaks pärast ülesvõtete tegemist tööjaama arvutis.

Geomeetriline piirlahutusvõime punktides millimeetri kohta arvutati välja valemi

Vg = M/(F × (M–1))

abil, kus M on suurendus (fookus-retseptor-kauguse ja fookus-objektkauguse suhe) ja F on fookustäpi suurus (Aichinger jt 2012: 42). Valemist

tulenevalt sõltub geomeetriline piirlahutusvõime uuritava objekti läbimõõdust. Kuna autoreid huvitas geomeetriline piirlahutusvõime laste rindkereülesvõtete tegemisel, siis võeti arvutustes objekti läbimõõduks 15 cm, mis vastab viieaastase lapse rindkere läbimõõdule inspiiriumis (Kyoto Kagaku 2020).

Laste rindkereülesvõtete lahutusvõime mõõtmiseks kasutati ülesvõtete tegemiseks erineval fookus-retseptor-kaugusel ribafantoomi. Töös kasutatud ribafantoom oli 0,1 mm paksusest pliist ja võimaldas lahutusvõime määrata vahemikus 0,6–5,0 jp/mm. Ribafantoom kinnitati laua kohale või vertikaalstatiivi ette 20 cm kaugusele pildiretseptori pinnast. Vahemaa põhines eeldataval lapse rindkere läbimõõdul 15 cm, millele lisandus 5 cm vahe retseptori ja laua/vertikaalstatiivi pinna vahel. Käesolevas töös kasutati lapse keha imiteerimiseks 0,2 mm paksust vaskplaati. Lahutusvõime määramiseks hinnati ülesvõttel absorberi ridade vaheliste joonte katkematust. Maksimaalne väärtus, mille puhul oli joon hindaja arvates katkematu, vastas pildiretseptori maksimaalsele lahutusvõimele.

Ülesvõtete tegemisel kasutati alljärgnevaid parameetreid: 1) patsiendi asend: laual või vertikaalstatiivi ees; 2) röntgentoru pinge: 70 kV; 3) fookustäpi suurus: 0,6 mm ja 1,0 mm; 4) hajukiirtevõre: ei kasutatud; 5) fookus-retseptor-kaugus: laual tehtavate ülesvõtete puhul 100 cm ja 150 cm ning vertikaalstatiivil 150 cm, 180 cm ja 250 cm. Lisafiltratsiooni mõju uurimiseks ülesvõtteparameetritele tehti ülesvõtted ka kollimaatori ette kinnitatud 0,1 mm ja 0,2 mm vaskplaadiga. Kokku tehti 30 ülesvõtet ja kaasuvat mõõtmist.

Kõik ülesvõtted salvestati DICOM-i formaadis failidesse. Ülesvõtete parameetrid ning tulemused märgiti Microsoft Exceli tabelarvutustarkvara tabelisse. Ribafantoomi abil sooritatud lahutusvõime tulemusi hindasid mõlemad autorid iseseisvalt visuaalselt.

Naha sisenddoos mõõdeti pooljuhtanduriga dosimeetriga Piranha Black (RTI Group, Rootsi) ja detektoriga RTI Dose Probe, millega registreeriti ka teised ülesvõtteparameetrid (pinge, vool, säriaeg). Käesoleva uuringu tarbeks kasutati laste rindkere röntgenülesvõttest saadava efektiivdoosi arvutamiseks PCXMC tarkvara (versioon 2.0.1).

Mõõdetud fookustäpi suurused olid järgmised: väikese fookustäpi (0,6 mm) suurus pikisuunas oli 0,75 mm ja ristisuunas 0,58 mm ning suure fookustäpi (1,0 mm) suurus pikisuunas oli 1,19 mm ja ristisuunas 0,82 mm.

Joonisel 1 on esitatud kasutatud pildiretseptori lahutusvõime ja geomeetriline piirlahutusvõime erinevatel fookus-retseptor-kaugustel sõltuvalt fookustäpi suurusest. Lisaks fookustäpi suurustele 0,6 mm ja 1,0 mm on arvutused tehtud ka Euroopa juhendis lubatud maksimaalse fookustäpi suuruse 1,3 mm kohta.

Joonis 1. Geomeetriline piirlahutusvõime 15 cm läbimõõduga objekti puhul võrreldes pildiretseptori lahutusvõimega 3,47 jp/mm erinevatel fookus-retseptor-kaugustel sõltuvalt fookustäpi suurusest.

Allpool on graafiliselt välja toodud määratud maksimaalse lahutusvõime tulemused (joonis 2).

a) b)

Joonis 2. Ribafantoomi abil määratud maksimaalse lahutusvõime väärtused suure ja väikese fookustäpiga erinevatel fookus-retseptor-kaugustel a) laual ja b) vertikaalstatiivil ilma lisafiltratsioonita tehtud ülesvõtete puhul ning pildiretseptori lahutusvõime.

Naha sisenddoosi väärtused vähenesid fookus-retseptor-kauguse suurenedes. Naha sisenddoos oli muude parameetrite samasuse korral suurem suure fookustäpiga tehtud ülesvõtete korral. Väikese fookustäpi puhul oli naha sisenddoosi mõõdetud väärtus ilma lisafiltratsioonita fookus-retseptor-kaugusel 100 cm 54,0 µGy, fookus-retseptor-kaugusel 250 cm aga 26,6 µGy. Suure fookustäpiga tehtud mõõtmistel olid vastavad tulemused 67,0 µGy ja 28,1 µGy.

Efektiivdoosi väärtused arvutati PCXMC 2.0 tarkvara kasutades doosipindala andmete põhjal ICRP publikatsiooni 103 (ICRP 2008) koefaktorite põhjal. Nagu naha sisenddoosi väärtuste puhul vähenesid efektiivdoosi väärtused fookus-retseptor-kauguse suurenedes ja lisafiltratsiooni lisandudes.

Fookustäpi suuruse osas jäid tulemused IEC standardis 60336:2020 esitatud maksimaalsete lubatud väärtuste piiresse. Geomeetriline piirlahutusvõime määrab ära, milline on suurim teoreetiliselt võimalik ülesvõttegeomeetriast ja fookustäpi suurusest tulenev lahutusvõime. Reaalne maksimaalne pildi lahutusvõime sõltub ka pildiretseptori lahutusvõimest. Röntgenülesvõtete diagnostilise kvaliteedi seisukohast on tähtis, et geomeetriline piirlahutusvõime ning pildiretseptori lahutusvõime oleksid võimalikult suured ning geomeetriline piirlahutusvõime ei oleks väiksem pildiretseptori lahutusvõimest. Vastasel juhul jääb ära kasutamata pildiretseptori lahutusvõime potentsiaal. Selle illustreerimiseks on joonisel 1 esitatud geomeetrilise piirlahutusvõime graafikud ja võrdluseks toodud ka pildiretseptori lahutusvõime nivoo, mis vastab lahutusvõimele 3,47 jp/mm. See oli uurimistöös kasutatud pildiretseptori lahutusvõime laual tehtud ülesvõtete puhul. Nagu jooniselt 1 näha, jääb suure fookustäpi puhul geomeetriline piirlahutusvõime (3,33 jp/ mm) 100 cm fookus-retseptor-kaugusel napilt alla pildiretseptori lahutusvõimele (3,47 jp/mm) ja võrdsustub sellega alles 105 cm fookusretseptor-kauguse juures. Sellest fookus-retseptor-kaugusest alates ei ole pildi lahutusvõime seisukohalt vahet, kas teha ülesvõte väikese või suure fookustäpiga.

Tehtud katsete tulemustest nähtub (joonis 2), et suure fookustäpiga tehtud ülesvõtete lahutusvõime läheneb fookus-retseptor-kauguse suurenedes pildiretseptori lahutusvõimele. Tehtud katsete puhul on puuduseks suur mõõtemääramatus, mille põhjuseks on eelkõige ribafantoomi võimaldatavad diskreetsed väärtused lahutusvõime määramisel, ribafantoomi abil saadud kujutise visuaalne hindamine ja ribafantoomi asend pildiretseptori suhtes.

Et hinnata, kas laste rindkereülesvõtetel võiks kasutada suurt (1,0 mm) fookustäppi ja millisest fookus-retseptor-kaugusest alates, tuleb tugineda geomeetrilise piirlahutusvõime arvutustele ja arvestada sellega, et piirav

tegur on digitaalpildiretseptori (röntgenfilmiga võrreldes palju väiksem) lahutusvõime. Kuna suure fookustäpiga tehtaval ülesvõttel võrdsustub 15 cm läbimõõduga objektist ülesvõtete tegemisel geomeetriline piirlahutusvõime pildiretseptori lahutusvõimega fookus-retseptor-kaugusel 105 cm, siis sellest fookus-retseptor-kaugusest alates ei ole kõrgkontrastse lahutusvõime seisukohast vahet, kas teha ülesvõte väikese või suure fookustäpiga. Kui ülesvõetava objekti läbimõõt on väiksem kui uurimuses näiteks toodud 15 cm, siis väheneb ka piirlahutusvõime valemis fookus-retseptor-kauguse ja fookus-objekt-kauguse suhet iseloomustav suurendus M, mille tõttu geomeetriline piirlahutusvõime paraneb veelgi.

Mõõtmistulemustest on näha, et fookus-retseptor-kaugust muutes vähenes naha sisenddoos nii suure kui ka väikese fookustäpi puhul. Ka Karami jt (2016: 3424) uuringu tulemused näitavad, et suure fookustäpiga tehtud rindkereülesvõtte fookus-retseptor-kauguse suurendamine vähendas sisenddoosi 32,2%, kusjuures ülesvõtte pildikvaliteedis ei ilmnenud märkimisväärseid muutusi.

Tartu Tervishoiu Kõrgkoolis asuval radiograafil Siemens Ysio tehtud mõõtmiste tulemusena tuvastati, et nii väikese (0,6 mm) kui ka suure (1,0 mm) fookustäpi suurus vastas tootja deklareeritud fookustäpi suurusele.

Võttes arvesse mõõdetud fookustäpi suurusi, arvutati välja geomeetriline piirlahutusvõime erinevate fookus-retseptor-kauguste puhul 15 cm rindkere läbimõõduga lapspatsiendi jaoks. Geomeetriline piirlahutusvõime ja pildiretseptori lahutusvõime peab olema võimalikult suur, et saada hea diagnostilise kvaliteediga ülesvõte, ning pildiretseptori lahutusvõime peab ületama geomeetrilise piirlahutusvõime, et fookuskauguse suurendamisest tulenev lahutusvõime kasv oleks realiseeritav. Arvutuste tulemustest võib järeldada, et 15 cm rindkere läbimõõduga lapsele suure fookustäpiga 100 cm fookus-retseptor-kauguse korral tehtaval ülesvõttel

jääb geomeetriline piirlahutusvõime (3,33 jp/mm) alla radiograafi Siemens Ysio pildiretseptori lahutusvõimele (3,47 jp/mm). Kuigi väikese fookustäpi kasutamisel ületab geomeetriline piirlahutusvõime märkimisväärselt samadel tingimustel pildiretseptori lahutusvõimet (ulatudes kuni 5,56 jp/mm), jääb ka väikese fookustäpi puhul siiski määravaks pildiretseptori lahutusvõime. Eelneva põhjal tuleks 100 cm fookus-retseptor-kaugusel rindkere 15 cm läbimõõduga lapspatsiendil eelistada ülesvõttel siiski väikest fookustäppi.

Geomeetriline piirlahutusvõime ületab rindkere 15 cm läbimõõduga lapspatsiendi puhul pildiretseptori lahutusvõime 3,47 jp/mm fookus-retseptor-kaugusel 105 cm. Kuna lahutusvõime seisukohast on peamine piirav tegur pildiretseptori lahutusvõime, siis võib väita, et 15 cm läbimõõduga objektist ülesvõtte tegemisel digitaalpildiretseptoriga ei ole alates fookusretseptor-kaugusest 105 cm enam lahutusvõime seisukohast vahet, kas ülesvõte tehakse väikese või suure fookustäpiga ning soovitus eelistada väikest fookustäppi ei ole kõnealustes tingimustes põhjendatud.

Tehtud mõõtmistel määrati väikese fookustäpiga ülesvõtetel maksimaalseks lahutusvõimeks 3,4 jp/mm fookus-retseptor-kaugustel 100, 150, 180 ja 250 cm. Suure fookustäpi puhul olid vastavatel fookus-retseptorkaugustel tulemused 2,8, 3,1, 3,4 ja 3,1 jp/mm. Määratud väärtused jäid märgatavalt alla geomeetrilise piirlahutusvõime, sest piiravaks teguriks osutus pildiretseptori lahutusvõime (laual kasutataval 3,47 jp/mm ja vertikaalstatiivil kasutataval 3,60 jp/mm). Euroopa juhendis lubatud maksimaalse fookustäpi 1,3 mm kasutamise korral tuleks kõnealuse pildiretseptori lahutusvõime realiseerimiseks valida fookuskauguseks vähemalt 135 cm.

Naha sisenddoosi mõõdetud väärtused jäid väiksemaks kui Euroopa Komisjoni avaldatud diagnostiliste referentsväärtuste juhendis toodud naha sisenddoosi referentsväärtus, milleks on 60 µGy 5–15 kg kaaluva lapse puhul. Naha sisenddoosi ja efektiivdoosi väärtused vähenesid

fookus-retseptor-kauguse suurenedes ja lisafiltratsiooni lisandudes. Seega sai kinnitust, et fookus-retseptor-kauguse suurendamist ja filtratsiooni lisamist võib kasutada patsiendidoosi vähendamiseks.

Aichinger, H., Dierker, J., Joite-Barfuss, S., Säbel, M. (2012). Radiation exposure and image quality in X-ray diagnostic radiology. Physical principles and clinical applications. Springer: Heidelberg. 37–43. Dowsett, D. J., Kenny, P. A., Johnston, R. E. (2006). The Physics of Diagnostic Imaging.

Hodder Arnold: London. 192, 362–363. Gorham, M. S., Brennan, P. C. (2010). Impact of focal spot size on radiologic image quality: A visual grading analysis. Radiography, 16: 304–313. ICRP. (2008). The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 103. https://journals.sagepub.com/doi/ pdf/10.1177/ANIB_37_2-4 Karami, V., Zabihzadeh, M., Danyaei, A., Sahms, N. (2016). Efficacy of Increasing Focus to Film Distance (FFD) for Patient`s Dose and Image Quality in Pediatric Chest

Radiography. International Journal of Pediatrics, 4(9): 3421–29. Kohn, M. M., Moores, B. M., Schibilla, H., Schneider, K., Stender, H. S., Stieve, F. E.,

Teunen, D., Wall, B. (eds.) (1996). European guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images in paediatrics. Report EUR 16261EN. Office for Official

Publications of the European Communities: Luxembourg. Kyoto Kagaku (2020). Pediatric Whole Body Phantom “PBU-70”. https://kyotokagaku. com/products_data/manual/ph-2c_manual.pdf Schueler, B. A. (2000). The AAPM/RSNA Physics Tutorial for Residents General Overview of Fluoroscopic Imaging. RadioGraphics, 20(4): 1115–1126. Siemens AG. (2011). Ysio. Kasutusjuhis. Siemens: München, Erlangen. 250–251.