Quality control of medical film digitizers

Abstract

Medical film digitizers play an important transitory role as digital to analogue bridges inradiology. Their use requires performance evaluation to assure high medical image quality. The aim of this work was to design and develop a quality assurance procedure for medical film digitizers. A complete quality control protocol is presented, based on a set of test objects adaptive to the specifications of various digitizers. The protocol includes parameters such as uniformity, input-output response, noise, geometric distortion, spatial resolution, low contrast discrimination, film slippage and light leakage, as well as associated measurement methods. The applicability of the proposed protocol was demonstrated with two types of medical film digitizers, a CCD and a laser one. The potential value of this protocol is also discussed. The main advantages are its completeness and adaptability to digitizer specifications, by means of the proposed test objects. In addition, it is easily applicable even for daily tests, if suitable software for digital image display and measurements is available. This protocol can be utilized for quality assurance purposes, as well as to cover the needs of acceptance tests of new equipment, status tests, and tests for comparison purposes. A comparative evaluation of three test objects, which can be used for quality control of medical film digitizers was also performed. The test objects used in this study were the 'SMPTE pattern' which is provided by all manufacturers of digital medical imaging systems, together with the systems, the 'PACS Test Pattern' which is commercially available, and an adaptive test object called ΑΤΟ, designed using a tool developed in the Department of Medical Physics of University of Patras. A quality control procedure on a Lumiscan 75 medical image digitizer was performed with the use of each of these three test objects. The results of the measurements are presented. The advantages and the disadvantages of each of the objects in testing medical image digitizers are indicated. The evaluation of the results showed that ΆΤΟ' meets all the needs, quantitative and qualitative, of the proposed quality control protocol and presents the most advantages of all three, followed by 'PACS test pattern' while 'SMPTE pattern' is rated in the third place. Two points of interest that should be stated here are, firstly that 'SMPTE pattern' has not been designed at the beginning although it has been used later for this purpose, and secondly that their availability isinversely proportional to their rating in this evaluation. The minimum desired characteristics of an ideal test object, is described as a result of this study. Proposals for further work are stated at the end of the text.

Οι ψηφιοποιητές ιατρικής εικόνας παίζουν έναν σπουδαίο ρόλο ως γέφυρες μεταξύ τωναναλογικών και ψηφιακών συστημάτων στην Ακτινολογία. Η χρήση τους απαιτεί την ύπαρξη διαδικασιών αξιολόγησης της λειτουργίας τους, ώστε να εξασφαλιστεί υψηλή ποιότητα της αναλογικής ιατρικής εικόνας που μετατρέπεται σε ψηφιακή. Ο στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η σχεδίαση και υλοποίηση μιας διαδικασίας διασφάλισης ποιότητας της λειτουργίας των συστημάτων αυτών. Παρουσιάζεται ένα πλήρες πρωτόκολλο ποιοτικού ελέγχου, το οποίο βασίζεται στην ύπαρξη ενός αριθμού (που εξαρτάται από τον χρήστη) ομοιωμάτων ποιοτικού ελέγχου, τα οποία μπορεί να προσαρμοστούν στα χαρακτηριστικά του κάθε ψηφιοποιητή που πρόκειται να ελεγχθεί. Το πρωτόκολλο περιλαμβάνει παραμέτρους, όπως η ομοιογένεια του πεδίου ψηφιοποίησης, η απόδοση και ο θόρυβος του συστήματος στο εύρος των οπτικών πυκνοτήτων, η γεωμετρική παραμόρφωση, η διακριτική ικανότητα υψηλής και χαμηλής αντίθεσης, η ομοιογένεια κίνησης και η φωτοστεγανότητα, όπως επίσης και τις αντίστοιχες διαδικασίες μέτρησης των παραμέτρων αυτών. Η εφαρμογή του προτεινόμενου πρωτοκόλλου, δοκιμάστηκε σε δύο ψηφιοποιητές εικόνας διαφορετικών τύπων, έναν τύπου CCD και έναν τύπου laser. Συζητήθηκε επίσης η αξία του πρωτοκόλλου. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα του είναι η πληρότητα αλλά και η προσαρμοστικότητα του στα χαρακτηριστικά του κάθε ψηφιοποιητή, με την έννοια της χρήσης των προτεινόμενων ομοιωμάτων ελέγχου. Επιπλέον είναι εύκολο στην εφαρμογή και χρήση, ακόμη και για καθημερινούς ελέγχους, εάν χρησιμοποιηθεί κατάλληλο λογισμικό για παρουσίαση εικόνων και ποσοτικές μετρήσεις στις εικόνες αυτές. Αυτό το πρωτόκολλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογή διαδικασιών διασφάλισης ποιότητας, όπως επίσης και να καλύψει ανάγκες για ελέγχους αποδοχής νέου εξοπλισμού, ελέγχους ποιότητας και συγκριτικούς ελέγχους. Πραγματοποιήθηκε επίσης, συγκριτική αξιολόγηση τριών ομοιωμάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον ποιοτικό έλεγχο ψηφιοποιητών εικόνας, τα οποία είναι τα μόνα μέχρι σήμερα γνωστά ομοιώματα που μπορεί να χρησιμοποιηθούν για το σκοπό αυτό. Αυτά τα ομοιώματα ήταν το "SMPTE pattern", που έχει σχεδιαστεί και υλοποιηθεί από την Ένωση των Κατασκευαστών Τηλεόρασης και Κινούμενης Εικόνας, το οποίο παρέχεται από τουςκατασκευαστές των ψηφιακών ιατρικών απεικονιστικών συστημάτων συνοδεύοντας ένα σύστημα κατά την εγκατάσταση του, το "ΡACS test pattern", το οποίο έχει σχεδιαστεί και δημοσιευτεί από τον EJ Halpern και είναι εμπορικά διαθέσιμο από την εταιρεία κατασκευής και εμπορίας οργάνων και ομοιωμάτων ποιοτικού ελέγχου RMI, και ένα ομοίωμα που παράγεται από ένα εργαλείο δημιουργίας τέτοιων ομοιωμάτων, το οποίο έχει δημιουργηθεί στο εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών και το οποίο το ονομάσαμε "ΑΤΟ". Η αξιολόγηση των τριών αυτών ομοιωμάτων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός laser ψηφιοποιητή εικόνας τύπου Lumiscan 75 το οποίο είναι ένα από τα κορυφαία, ποιοτικά, μηχανήματα που κυκλοφορούν στην αγορά και με βάση το πρωτόκολλο που προτείνεται στην παρούσα εργασία. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία. Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του κάθε ομοιώματος σημειώνονται και αναλύονται. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, έδειξε ότι το ΑΤΟ ικανοποιεί ποσοτικά και ποιοτικά όλες τις απαιτήσεις ποιοτικού ελέγχου που έχουν τεθεί, είναι προσαρμόσιμο στα χαρακτηριστικά του κάθε ψηφιοποιητή και στις ανάγκες του κάθε χρήστη και παρουσιάζει τα περισσότερα πλεονεκτήματα από τα τρία ομοιώματα που εξετάστηκαν. Στη σειρά αξιολόγησης ακολουθεί το PAC S test pattern, ενώ το SMPTE pattern κατατάσσεται στην τρίτη θέση από πλευράς ποιοτικής αξιολόγησης. Δύο σημεία που αξίζει να τονιστούν είναι, πρώτον ότι το SMPTE pattern δεν έχει κατασκευαστεί για το σκοπό αυτό αλλά εκ των υστέρων προτάθηκε και χρησιμοποιήθηκε για ποιοτικό έλεγχο ψηφιοποιητών εικόνας και δεύτερον, ότι ηπροσβασιμότητα τους αυτή τη στιγμή από τους χρήστες είναι αντιστρόφως ανάλογη τηςαξιολόγησης που προαναφέρθηκε. Τέλος, ως αποτέλεσμα της παρούσας εργασίας εξάγονται τα ελάχιστα απαιτητά χαρακτηριστικά για ένα τέτοιο ομοίωμα και δίνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.