Taakspecifieke optimalisatie van de systeem parameters voor beeldgeleide interventies

Fluoroscopie beeldvorming is een essentieel instrument op het gebied van interventionele radiologie en cardiologie, waardoor artsen de mogelijkheid hebben om in real-time naar het inwendige van een patiënt te kijken. Het beschikbaar hebben van dynamische beelden van de patiënt geeft artsen een snel en eenvoudig hulpmiddel tijdens beeldgeleide interventies, zoals bijvoorbeeld tijdens stentplaatsing in een stenotische slagader. Fluoroscopie geeft artsen ook de mogelijkheid om te kijken naar de functionaliteit van een bepaald orgaan, bijvoorbeeld het pompen van het hart of de beweging van slikken. Het nadeel van het gebruik van fluoroscopie beeldvorming zijn echter de röntgenstralen die nodig zijn om de beelden te maken welke leiden tot een stralingsdosis die wordt geabsorbeerd door de patiënt en het medisch personeel. Een fundamentele sub eenheid van een fluoroscopiesysteem dat zoekt naar het cruciale evenwicht tussen beeldkwaliteit en dosis wordt de Automatic Dose Rate Control (ADRC) genoemd. De ADRC automatiseert de selectie van de exposiefactoren om om te gaan met veranderingen in de dikte van de patiënt tijdens het examen. De ideale ADRC zal dus consistente en adequate beeldkwaliteit leveren voor de medische taken voor een breed bereik van patiënten.

Het doel van deze thesis was om een goede methode te onderzoeken om de efficiëntie van een ADRC te beschrijven en om nieuwe methoden te onderzoeken om de acquisitie parameters te optimaliseren tijdens fluoroscopie begeleide interventies met behulp van een speciale beeldkwaliteit metriek: de ruimtelijke frequentie afhankelijke SDNR(u). Deze beeldkwaliteit metriek past de standaard SDNR aan door geometrische- en bewegingsvervaging toe te voegen bij de berekening ervan. Door gebruik te maken van deze toegewijde beeldkwaliteit metriek in combinatie met een gekozen stralingsdosis van belang, vergelijkt het werk in deze studie de efficiëntie, gedefinieerd als de beeldkwaliteit kwadraat gedeeld door de dosis, van verschillende ADRC-operatie methoden. In hoofdstuk 2 toonden metingen van stents en geleidingsdraden aan dat SDNR(u) veel nauwer verbonden is met de visuele perceptie van beeldkwaliteit dan de standaard beeldkwaliteit metriek SDNR. Dit levert goed bewijs dat het gebruik van deze nieuwe methode nuttig en relevant is in het veld van interventionele radiologie en cardiologie. 

Hoofdstuk 1 toont aan dat de efficiëntie van een 5-parameter ADRC superieur is aan die van een 3-parameter systeem, wat het voordeel van een flexibelere ADRC aangeeft. Gelijkaardig, blijkt uit hoofdstuk 3 dat verbeteringen in de Röntgen generator een gunstig effect hebben op de beeldprestaties. De studie vergeleek de nieuwere Siemens Artis Q met de oudere Siemens Artis zee, concentrerend op de ADRC-parameter selectie, en de resultaten tonen een duidelijke efficiëntie winst voor het nieuwere systeem. 

Hoofdstuk 4 is het belangrijkste hoofdstuk van het proefschrift en introduceert een nieuwe methode om de ADRC-selectie van de exposieparameters te optimaliseren. Momenteel geïmplementeerde ADRC-systemen meten de helderheid van het beeld in opgegeven gebieden van de afbeelding en houden de pixelwaarde in dit gebied constant. De nieuwe aanpak probeert een bepaalde SDNR(u)-waarde te bereiken in plaats van een bepaalde pixelwaarde en tegelijkertijd kiest het die exposieparameters die de laagste dosis aan de patiënt leveren, waardoor de optimale efficiëntie voortdurend wordt bereikt. De metingen, uitgevoerd over een groot aantal patiëntdiktes en met behulp van veel verschillende materialen, tonen een significante toename van de beeldvormingsefficiëntie voor de nieuwe methode in vergelijking met de conventionele ADRC-benadering. Verwachtingen zijn dat deze nieuwe ADRC-methode kan leiden tot belangrijke dosisverlagingen.  

Ten slotte implementeert hoofdstuk 5 de technieken die in de vorige hoofdstukken zijn geleerd om de exposieparameters te bepalen van een concept hybride angio-MRI-systeem dat wordt voorgesteld door Siemens Healthineers. Het x-stralen deel van dit concept systeem heeft een heel andere geometrie en spectrale filtratie dan standaard angio systemen en werkt in de nabijheid van een magnetisch veld. Deze studie probeerde daarom te onderzoeken of een conventionele röntgenbuis voldoende vermogen heeft om de exposieparameters te selecteren die nodig zijn om dezelfde SDNR(u) als een conventioneel systeem te leveren. Om deze vraag te beantwoorden, werd een simulatie platform gemaakt voor het berekenen van de beeldkwaliteit en de dosis. Resultaten toonden aan dat onder bepaalde condities, het hybride systeem de beeldkwaliteit van een conventioneel systeem zal kunnen benaderen.