Digitaalisen röntgenkuvauksen laadunvarmistus: Tietokoneen näyttö ja käyttöympäristön valaistus ovat digitaalisen röntgenkuvan laatutekijöitä

Tiivistelmä

LÄHTÖKOHDAT: Säteilyturvakeskus (STUK) valvoo hammasröntgenlaitteita ja niiden säteilyturvallisuutta säteilylain nojalla. Röntgenlaitteen rekisteröity haltija on velvoitettu järjestämään säteilylähteiden, niihin liittyvien laitteiden ja välineiden sekä niiden käytön laadunvarmistuksen. Digitaalisessa röntgenkuvauksessa kuvanlaatuun vaikuttaa kuvantamisketjun jokainen osatekijä ja kuvantamisen tekninen laadunvarmistus tulee suorittaa säännöllisesti. Viranomaisohjeita digitaalisen hammasröntgenkuvauksen teknisestä laadunvarmistuksesta ei ole, mutta opas on valmisteltavana Säteily-turvakeskuksessa.

TAVOITTEET: Laadunvarmistusohjeistuksen tavoitteena on pitää potilaiden ja henkilökunnan säteilyaltistus mahdollisimman pienenä ja digitaalisten röntgenkuvien tekninen laatu hyvänä. Tämän artikkelin tarkoituksena on perehtyä digitaalisten intraoraali- ja panoraamatomografialaitteiden sekä niihin liittyvien välineiden tekniseen laadunvarmistukseen.

JOHTOPÄÄTÖKSET: Digitaalitekniikka tulee korvaamaan hammaslääketieteellisessä radiologiassa filmikuvauksen. Uudella ja vanhalla menetelmällä on kuitenkin paljon yhteistä, sillä molemmissa korkealaatuisten kuvien ottaminen edellyttää jokaisen kuvantamisketjuun kuuluvan vaiheen ymmärtämistä ja huolellista toteuttamista.

Digitaalinen röntgenkuvaus edellyttää lisäksi tietotekniikkaan perehtymistä.

Johdanto

Digitaalinen radiologia alkoi yleislääketieteessä jo 1970-luvulla, jolloin otettiin käyttöön ensimmäiset tietokonetomografialaitteet. Digitaalikuvien tallennus- ja siirtostandardista, DICOM:sta (Digital Imaging and Communication in Medicine), sovittiin vuonna 1993, mikä loi pohjan kuvausjärjestelmien kehittämiselle maailmanlaajuisesti (1). Hammaslääketieteessä ensimmäinen digitaaliseen intraoraalikuvantamiseen tarkoitettu, CCD (charge-coupled device) -tekniikkaan perustuva sensori otettiin käyttöön vuonna 1989 ja ensimmäinen kuvalevytekniikkaan perustuva digitaalinen kuvantamismenetelmä esiteltiin vuonna 1994 (2). Digitaalista tekniikkaa on hammaslääketieteessä hyödynnetty jo yli kymmenen vuotta, mutta vasta viime vuosina ovat suurimmat terveyskeskukset ja yksityisvastaanotot Suomessa alkaneet siirtyä röntgenkuvauksessa digitaalitekniikkaan.

Siirtyminen digitaaliseen röntgenkuvaukseen on muuttanut ja ennen kaikkea nopeuttanut kuvaustapahtumaa merkittävästi. Digitaalisessa röntgenkuvauksessa ei tarvita pimiötyöskentelyä eikä filmien kehittämistä kemikaalien avulla, mitkä ratkaisevasti vaikuttivat filmikuvien laatuun ja sitoivat henkilöstöresursseja (3). Myös röntgenkuvien käsin tehtävä arkistointi on poistunut. Digitaalinen röntgenkuvaus vaatii röntgenlaitteen lisäksi kuvareseptorin sekä tietokoneen ja tarvittavat ohjelmat kuvatiedon hankintaan, käsittelyyn ja tallentamiseen. Digitaalinen röntgenkuva tulkitaan tietokoneen näytöltä filmiku- vauksessa käytettävän valotaulun sijaan.

Digitaalisessa röntgenkuvassa, kuten filmikuvassakin, kuvanlaatuun vaikuttaa monta osatekijää. Näistä tärkeimmät ovat potilaan anatomiasta riippuvat tekijät, kuvaustekniikka, varsinaiset kuvauslaitteet ja niihin liittyvät välineet sekä kuvan tulkintaan käytettävät laitteet. Laadunvarmistuksen tavoitteena on pitää potilaiden ja henkilökunnan säteilyaltistus mahdollisimman pienenä ja digitaalisten röntgenkuvien tekninen laatu hyvänä.

Suomessa säteilyn käyttö on pääsääntöisesti luvanvaraista. Sosiaali- ja terveysministeriön alainen Säteilyturvakeskus (STUK) valvoo hammasröntgenlaitteita ja niiden säteilyturvallisuutta säteilylain nojalla. Säteilyturvaohje (ST-ohje) 3.1 sekä STUK tiedottaa 1/99 -opas käsittelevät hammasröntgentoiminnan säteilyturvallisuutta ja velvoittavat röntgenlaitteen rekisteröidyn haltijan järjestämään säteilylähteiden, niihin liittyvien laitteiden ja välineiden sekä niiden käytön laadunvarmistuksen (4, 5). Röntgentutkimuslaitteiden ja röntgenfilmien kehityksen laadunvarmistusta koskeva ST-ohje 3.5 on kumottu vanhentuneena 1.10.2006, mutta ohjetta voidaan kuitenkin sopivilta osin soveltaa edelleen (6). Viranomaisohjeita digitaalisen hammasröntgenkuvauksen teknisestä laadunvarmistuksesta ei ole saatavilla tämän artikkelin kirjoitushetkellä, mutta opas on valmisteilla STUK:ssa (7). STUK on huhtikuussa 2008 julkaissut terveydenhuollon röntgenlaitteiden laadunvalvontaoppaan, jonka ohjeita voidaan soveltaa myös hammaslääketieteellisiin röntgentutkimuksiin, erityisesti kuvamonitorien osalta (8).

Tämän artikkelin tarkoituksena on perehtyä digitaalisten intraoraali- ja panoraamatomografialaitteiden sekä niihin liittyvien välineiden tekniseen laadunvarmistukseen. Erityisesti huomioidaan tietokoneen näytön sekä käyttöympäristön valaistusolosuhteiden merkitys digitaalisten röntgenkuvien tulkinnalle sekä näihin liittyvät laadunvarmistustoimenpiteet.

Kuvalevy- ja suoradigitaalinen kuvantaminen

Digitaalisessa kuvantamisessa käytetään kuvatiedon tallentamisessa filmin tilalla erilaisia säteilyn ilmaisimia (kuvareseptoreita), kuten kuvalevyä tai ohutta puolijohdelevyä (sensoria). Muodoltaan ja käsiteltävyydeltään kuvalevyt muistuttavat perinteistä filmiä enemmän kuin johdolliset sensorit, ja niitä käytetään sekä intraoraali- että panoraamatomografiakuvauksessa. Digitaalisessa kuvalevykuvantamisessa tarvitaan kuvalevyjen lukua varten erillinen kuvanlukijalaite, sensoreita käytettäessä sensori muuttaa siihen kohdistuneen röntgensäteilyn suoraan sähköiseksi informaatioksi, eikä erillistä kuvanlukijalaitetta tarvita (suora digitaalinen kuvantaminen). Sensorit ovat yhteydessä tietokoneeseen johdon avulla useimmissa hammaslääketieteessä käytettävissä intraoraalikuvausmenetelmissä ja kiinteästi asennettuina kaikissa panoraamatomografialaitteissa. Sensorin kuvainformaatio tallentuu suoraan tietokoneen muistiin digitaalisena kuvamatriisina (9, 10)

Teknisen laadunvalvonnan kohteet ja laadunvarmistustoimenpiteet

Laadunvalvonnassa käytettävät vakioisuusmittaukset ja tekninen laadunvarmistus aloitetaan heti laitteen vastaanottotarkastuksen ja toimintakunnon tes- tauksen jälkeen. Vastaanottotarkastuksen yksityiskohtaisesta suorittamisesta on ohjeet Lääkelaitoksen julkaisusarjassa 2/2001 (11). Toimintakunnon testauksen tekee laitetoimittaja vastaanottotarkastuksen yhteydessä ja tällöin määritetään myös laitteiden vakioisuustestauksessa tarvittavat suorituskyvyn vertailuarvot. Lisäksi otetaan ensimmäiset kuvanlaatukuvat, joihin myöhemmin otettuja kuvanlaatukuvia verrataan. Kyseiset laadunvarmistustoimenpiteet voi myös aloittaa laitteen huollon jälkeen (5). Laitteen rekisteröidyn haltijan, joka on oikeudellisesti vastuussa laitteella suoritetun röntgentoiminnan laadunvarmistuksesta, tulee ymmärtää laitteelle suoritettavien laadunvarmistustoimenpiteiden merkitys, vaikka laiteasiantuntija vastaisikin varsinaisen laadunvalvontatoimenpiteen teknisestä suorituksesta. Suoritetuista mittauksista ja tarkastuksista on myös syytä vaatia kirjallinen raportti toimenpiteiden suorittajalta.

Digitaalisen röntgenkuvauksen teknisessä laadunvalvonnassa tulisi erottaa ja valvoa erikseen seuraavat osatekijät (kuva 1).

Säteilylähde

Kuvanlaatu

Kuvanlaadun valvontaan käytetään tarkoitukseen sopivaa testikappaletta, joka vastaa riittävästi kudosta ja jossa on teräviä yksityiskohtia (metalliverkko tai erotuskykytestilevy) ja sarja matalakontrastikohteita kontrastin arviointiin (8).

Testikappaleena voidaan käyttää STUK:n valmistamaa testikappaletta, jota ei ole enää kaupallisesti saatavilla (15). Tämä testikappale sopii ainoastaan intraoraaliröntgenlaitteen kuvanlaadun varmistukseen eikä sen avulla ole mahdollisuutta arvioida säteilykeilan kokoa tai keskitystä. Kaupallisesti on saatavilla aiemmin mainittu IEC-standardin mukainen testikappale (kuva 2), jota voi tiedustella hammastarvikeliikkeestä (12, 13). Kyseinen testikappale soveltuu sekä intraoraali- että panoraamatomografialaitteen kuvanlaadun varmistukseen.

Intraoraaliröntgenlaitteella kuvanlaatukuvaus suoritetaan siten, että suuntausputki asetetaan kohtisuoraan kiinni testikappaleeseen ja intraoraalikuvalevy tai -sensori asetetaan testikappaleeseen vastakkaiselle puolelle, jossa on erillinen paikka intraoraalikuvalevylle ja -sensorille. Suuntausputken pään tulee olla aina samalla etäisyydellä kuvareseptorista (kuva 4). Testikappale kuvataan aina samoja kuvausarvoja käyttäen. Kuvanlaatukuvaus panoraamatomografialaitteella vaatii laitetoimittajalta ohjeet ja lisävälineet testikappaleen kiinnittämiseksi laitteeseen. Ku- vaus suoritetaan käyttämällä lisäsuodatusta (homogeeninen kappale / levy, esim. 5–10 mm Al tai 0,5–1 mm Cu) röntgenputken edessä. Kuvauksessa käytetään aina samoja kuvausarvoja.

Kuvanlaatukuvauksessa saatua kuvaa (kuva 3) verrataan toimintakunnon testauksessa tai huollon jälkeen otettuun kuvanlaatukuvaan tai aiempaan vertailukuvaan. Kuvan tarkasteluun käytetään primaarista eli diagnostista kuvamonitoria ja kuvan tulkinta suoritetaan yhdenmukaisesti jokaisella testikerralla (8).

Kuvalevyt ja sensorit

Kuvalevyt kuluvat ja naarmuuntuvat käytössä, minkä vuoksi niiden kuntoa tulee seurata säännöllisesti (17). Kuntotarkastus tehdään silmämääräisesti jokaisella käyttökerralla. Lisäksi kuvalevyt puhdistetaan pölystä ja pyyhitään tarvittaessa puhdistusaineella valmistajan ohjeen mukaisesti. Kuvalevyt kuvataan säännöllisin väliajoin pienimmällä mahdollisella kuvausarvolla mekaanisten vaurioiden havaitsemiseksi (kuva 5). Suoritusvälistä ei tällä hetkellä ole viranomaissuosituksia. Kuvalevyissä ei saa näkyä naarmuja tai artefaktoja. Vaurioituneet kuvalevyt tulisi poistaa käytöstä. Myös sensoreille tulisi suorittaa kyseessä oleva kuvaus puutosalueiden tai artefaktojen havaitsemiseksi (8).

Tietokoneen näyttölaite

Näyttölaitteen ominaisuuksista tärkeimmät ovat valovoimakkuus (luminanssi), harmaasävyjen lukumäärä, näytön erotuskyky (resoluutio) ja kontrasti. Lisäksi näytön valovoimakkuuden vakioisuus ja yhdenmukaisuus sekä harmaasävyasteikon kalibrointi vaikuttavat siihen, kuinka luotettavasti näyttö röntgenkuvan esittää (18). Tämän vuoksi näyttölaitteiden harmaasävyasteikon tulisi olla kalibroitu esim. DICOM–GSDF (Grayscale Standard Display Function) -standardin mukaisesti (8). Tavanomaiseen toimistokäyttöön tarkoitetun näyttölaitteen harmaasävynäyttöfunktio ei ole kalibroitu DICOM–GSDF -standardin mukaisesti. Hankintapäätöstä tehtäessä tulisi olla tarkka tieto näyttölaitteen valovoimakkuudelle ja kuvanlaadulle asetettavista vähimmäisvaatimuksista.

Näyttölaitteen suorituskyky heikkenee käytössä ja tämän vuoksi kuvanlaatua tulee seurata säännöllisesti. Yleistestikuvana voidaan käyttää AAPM:n (American Association of Physicist in Medicine) suosittelemaa TG18-QC tai SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) -testikuvaa (kuva 6) (20, 21). Näistä TG18-QC -testi on tarkempi ja vaativampi. Molempia testejä voidaan käyttää kuvanlaadun arviointiin (8). Ennen testikuvan arviointia tulisi varmistaa, että näyttölaitteen etupinta on puhdas. Näyttölaite käynnistetään 30 min. ennen testikuvan arviointia. Laadunvalvontaan käytettävä testikuva on syytä tallentaa tietokoneen kuva-arkistoon, josta se on helposti saatavilla. STUK suosittelee röntgenkuvien tulkintaan käytettävien näyttölaitteiden testikuvan silmämääräistä arviointia viikoittain. Testikuvien perusteelliset tekniset testit tulisi suorittaa näyttölaitteille vähintään kerran vuodessa, näiden suhteen viittaamme AAPM:n loppuraporttiin (19). Taulukossa 1 annetaan ohjeet SMPTE -testikuvan silmämääräisen arvioinnin suorittamiseksi.

Näytön valoisuutta ja kontrastia voidaan säätää, mikäli testikuvassa havaitaan puutteita. Mikäli testikuva ei näytön säädön tai kalibroinnin jälkeen täytä vaatimuksia, ei näyttö sovellu digitaalisten röntgenkuvien diagnosointiin (8).

Käyttöympäristö

Näyttölaite sijoitetaan siten, että lampuista ja ikkunoista ei kohdistu suoraa valoa näyttölaitteeseen. Ympäristöstä ei saisi tulla heijastuksia näytölle. Tämän arviointi suoritetaan näyttölaite sammutettuna (8). Ympäröivän valaistuksen vähentäminen edesauttaa digitaalisten röntgenkuvien harmaasävyjen kontrastierojen havaitsemisessa (22). AAPM:n ja IPEM:n (Institute of Physics and Engineering in Medicine) suositusten mukaan röntgenkuvien tulkinnassa käytettävän huoneen yleisvalaistus tulisi olla alle 10–25 luxia näytön pinnasta arvioituna (8). Mitä alhaisempi on näyttölaitteen valovoimakkuus, sitä alhaisempi tulee olla myös ympäröivän valaistuksen (23). Yleisvalaistukseksi suositellaan himmennettäviä hehkulamppuja loisteputkien sijaan (18). Käyttäjien tulisi kerran viikossa arvioida, että ympäröivät valaistusolosuhteet täyttävät digitaalisten röntgenkuvien tulkintaa koskevat vaatimukset (8).

Pohdinta

Hammaslääkärit ovat jo monta vuotta käyttäneet digitaalitekniikkaa röntgenkuvauksissa ja tulevaisuudessa digitaalinen kuvantaminen tulee syrjäyttämään perinteisen filmikuvantamisen kokonaan. Uusi tekniikka on tuonut kuitenkin monien hyvien puolien ja etujen lisäksi uusia ongelmia. Usein ollaan varsin epätietoisia digitaalisen röntgenkuvan kuvanlaatuun vaikuttavista tekijöistä ja keinoista, joilla kuvanlaatua voidaan parantaa. Siirtyminen digitaalitekniikkaan röntgenkuvauksissa vaatii jokaisen kuvantamisketjuun kuuluvan vaiheen ymmärtämistä sekä perehtymistä myös tietotekniikkaan.

Tutkimusten perusteella voidaan todeta, että käyttöympäristön valaistuksella on ratkaiseva merkitys digitaalisten röntgenkuvien tulkintaan (24). Hammaslääkärin hoitohuoneen valaistus on yleensä noin 1000 luxia röntgenkuvien diagnosointiin suositellun 25 luxin sijasta. On tärkeä tiedostaa, että näin voimakkaassa yleisvalaistuksessa osa röntgenkuvan harmaasävyistä voi jäädä näkymättä, mikä saattaa vaikuttaa tulkintaan. Hoitotilanteessa hammaslääkäri käytännössä voi harvoin siirtyä toiseen huoneeseen tulkitsemaan röntgenkuvia. Vastaanotolla olisi hyvä olla tila, jossa yleistä valaistusta voitaisiin vähentää suositellulle tasolle ja tulkita röntgenkuva tarvittaessa optimaalisissa olosuhteissa.

Merkittävässä osassa digitaalisten röntgenkuvien diagnostiikassa ovat myös näyttölaite ja näytönohjain, joiden tulee olla suorituskyvyltään riittävät. Tekstinkäsittelyyn tarkoitetun näyttölaitteen tekniset ominaisuudet eivät välttämättä riitä näyttämään kaikkia digitaalisen röntgenkuvan harmaasävyjä. Näyttölaitteen hankinnassa voidaan apuna käyttää STUK:n suosittelemia yleistestikuvia ja verrata eri näyttölaitteiden tuottamaa kuvaa toisiinsa.

Suorittamalla röntgentutkimusten teknisen laadunvarmistuksen toimenpiteet säännöllisesti voidaan digitaalisten röntgenkuvien laatua ja diagnostiikkaa parantaa merkittävästi. n

Quality Assurance in Digital Radiography

Digital radiography in dentistry began nearly twenty years ago, when the first intraoral sensor became commercially available. Digital imaging is rapid, and dark-room processing is avoided; but to ensure high and constant image quality, many other important elements must be considered. In Finland at present there are no official guidelines for quality control of digital dental radiographs.

The digital imaging chain consists of x-ray source, digital receptor (digital sensor or imaging phosphor plate), computer and display.A scanner is also needed in phosphor plate imaging. Quality of a digit-al radiograph is conditional on every link in the digital imaging chain, and the image quality should be monitored at regular intervals. Among other things, the x-ray generation of intraoral- and panoramic tomography machines, condition of the image receptors and phosphor plate scanners must be controlled. Phosphor plates should be kept clean and undamaged since scratches cause artefacts, which deterior-ate the quality of the image. In addition, a constancy test with universal test phantom should be performed regularly.

Digital radiographs are viewed on a display screen instead of a light box. The most important characteristics of a medical display are luminance, resolution, contrast and gray-scale performance. The luminance of the display decreases with time; and if the requirements for the test image are not fulfilled, the display should no longer be used. Because the ambient level of light for interpreting digital radio- graphs should be as low as 10–25 lux, the bright light of an operating room is not optimal for reading digital radiographs.

High image quality and accuracy in diagnostics should be maintained in digital dental radiographs. This can be achieved by controlling at regular intervals all factors that influence the quality of the image.