CT-teknikk ViCT 16.10.07 Kristin Jensen Kompetansesenter for diagnostisk fysikk Toshiba CTbilder Historikk Kilde: Kalender, 2000 Allan Cormack matematiske grunnlaget Sir Godfrey Hounsfield ingeniørarbeidet Nobelprisen 1979 1
Historikk 1. generasjons skannere Transversale snitt gjennom pasient, stepvis rotasjon www.md.ucl.ac.be/luc/photos/begin.htm Philips medical 1971: Første CT installert for klinisk bruk 1972: Første pasient scannet 1974: Første helkropps-scanner produsert 1975: Første CT på UUS Nevrorad., EMI-scanner Bilde: Philips medical 2. generasjons skannere Transversale snitt gjennom pasient, stepvis rotasjon, men flere detektorer. 3. generasjons skannere Rør- og detektorkjede roterer rundt pasienten. Pulserende stråling. Bilde: Philips medical Bilde: Philips medical 4. generasjons skannere Rør roterer, detektorkjede stasjonær. 5. generasjons skannere Elektronstrålekanon, ingen mekanisk bevegelse. Bilde: Philips medical 2
Større rør og generatorer Kortere rotasjonstid gjør at man må kjøre med høyere ma for å gi samme mas pr rotasjon som tidligere. 4-snitt CT, max 440-500 ma. GE LightSpeed Pro16, 800 ma. Større krav til kjølerate/varmekapasitet. Produsentene har videreutviklet eksiterende rør, eller utviklet helt nytt rør for å kunne kjøre så høy belastning over tid. Philips MRC-rør Kan lagre mye varme (8 MHU) trenger ikke rask kjølerate Kjølerate 1,6 MHU/min Siemens Straton Røntgenrøret Spenning, kv Strøm, ma Filtrering 0,6 MHU (0,4 MJ) Kjølerate 5,0 MHU/min (3,7 MJ) Ved max belastning kjøles røret på 20s mindre tid enn det tar å posisjonere neste pasient eller initiere scannet. www.siint.com Elektroner akselereres fra katoden mot anoden og utgjør en rørstrøm Glødetråden har annet spenningsnivå enn metallet rundt, slik at et elektrostatisk felt fokuserer elektronene mot anoden Keramisk detektor Røntgenstrålen Detektor ImPACT Course Scintillator Fotodiode Synlig lys Elektronisk signal 8, 10, 16, 32, 40, 64 Snittykkelser fra 0.5 mm Detektorbredder fra 20 mm til 40 mm Viktig for hvor stort volum som dekkes i hver rotasjon Rekonstruerer ikke lenger snitt, men volum 3
64-kanalers konfigurasjon 16-snitts detektor GE 4 x 1.25 16 x 0.625 4 x 1.25 16 x 0.625 16 x 1.25 64 kanaler 40 mm dekning pr rotasjon 0.33 x 0.33 x 0.34 mm vokselstørrelse Philips 4 x 1.5 16 x 0.75 4 x 1.5 16 x 0.75 16 x 1.5 Siemens 12 x 1 16 x 0. 5 12 x 1 40mm (32 x 1.25) 16 x 0.5 16 x 1 64 x 0.625 mm 16 x 2 Toshiba 40mm (64 x 0.625) ImPACT Course: Slepering Detektor effektivitet Z-akse geometrisk effektivitet Geometrisk effektivitet reduseres ved overgang fra singelslice til multislice Nesten 100% for singelsslice detektor Dårligst for få snitt, mindre effekt for 16 snitt og oppover Detektor-rekke geometrisk effektivitet Aktivt detektorareal/totalt detektorareal Jo flere detektorer jo dårligere effektivitet Børster Aksiale scan Step and Shoot Opptak en rotasjon, flytter bord, gjør et nytt opptak Strålingen er avslått når bordet flytter seg ImPACT Course: Helikale scan Kontinuerlig opptak mens bordet beveger seg SPIRAL-CT Bildet er et snitt i en gitt posisjon i spiralen Bare en enkelt projeksjon tas opp nøyaktig i bildeplanet Resten av data for å lage snittbildet, må samles fra andre projeksjonsplan ImPACT Course Reconstruction position 4
Pitch Bordbevegelse per rotasjon Strålebredde Fordeler med helikal scanning Kan rekonstruere akkurat hvor man vil, har opptak rundt hele pasienten i z-retning Overlappende rekonstruksjon gir best bildekvalitet Bedre 3D-avbildning x Bordbevegelse = 10 mm/rot Strålebredde = 10 mm Pitch = 1 Bordbevegelse = 20 mm/rot Strålebredde = 10 mm Pitch = 2 ImPACT Course Axial Helical, overlapping Axial skull 5mm slices ImPACT Course: Helical skull 5mm slices recon every 2.5 mm Rebinning Fan beam Røntgenstrålen har vifteform For å få parallelle projeksjoner brukes andre detektorer i andre vinkler Dette kalles rebinning 5
Cone beam Cone beam-problemet Rekonstruksjonsalgoritmene må ta hensyn til at det er cone beam og ikke fan beam for CT er med mer enn 8 snitt. Samme objekt ses av ulike detektorelementer når røret roterer Bare tett ved rotasjonsaksen blir dette korrekt lengderetning Oversikt over algoritmer Flying focal spot z Fokus flytter seg i xy-retning og/eller z-retning ImPACT Course Fan beamgeometri Interpolert cone beamgeometri Ekte cone beamgeometri Får dobbelt sett måledata (dobbel sampling) I z-retning: Bedrer detaljoppløsning Quarter offset technique Forskyver strålen med ¼ detektorbredde Samplingavstand mellom to stråler med 180 graders avstand vil være forskjøvet ½ detektorbredde i forhold til hverandre Mer enn doblet mengde innsamlede data sammenlignet med en vanlig 180LI Automatisk eksponeringskontroll Kilde: Kalender, 2000 6
AEC i CT Forskjellige metoder for ma-kontroll i CT: Forskjellig ma for forskjellige pasientstørrelser Variere ma for hver rørrotasjon Variere ma i løpet av hver rotasjon, dvs gi ulik ma ved AP og laterale projeksjoner Hvordan oppnås dette? 1) Ser på attenuering i ett eller to scout og varierer ma automatisk i hvert snitt på bakgrunn av dette 2) Bruker feedback fra detektorene for å variere ma slik at signal til detektor hele tiden er tilnærmet konstant EKG-gated dosemodulering Reduserer dosen automatisk i den delen av fasen som ikke benyttes. Etter pasientstørrelse Rotasjonsvariasjon Z-akse variasjon Kombinasjon Typer AEC i CT GE Noise Index Siemens Referanse mas Philips Referansebilde (gjennomsnitt) Toshiba Referansebilde Fordelene med AEC i CT Bildekvaliteten forblir omtrent den samme uavhengig av hvilke områder på pasienten som skannes Bildestøy holdes på konstant nivå Dose til pasient og detektor optimaliseres Detektorene mottar konstant signal Scout (GE) = Topogram (Siemens) = Scanogram (Philips og Toshiba) Bildedannelse Filtrert tilbakeprojeksjon og konvolutering Datainnsamling Måler hvor mange røntgenstråler som treffer detektoren Mål på hvor stor del av rtg-strålene som er stoppet i objektet som avbildes Relateres til lineær attenuasjonskoeffisient (µ) summeres langs veien fra rør til detektor Røntgenrør attenuasjon detektor Kilde: Impactscan.org 7
Datainnsamling Samler mange attenuasjonsmålinger Sampler for hver detektorposisjon for å lage en profil Gir et bilde av pasienten attenuasjon Datainnsamling Samler projeksjoner detektorposisjon rundt hele pasienten Roterer rør og detektor litt og gjentar prosessen ~1000 posisjoner og ~1000 projeksjoner attenuasjon 90 attenuasjon 360 Detektorposisjon Kilde ImPACT Course Kilde ImPACT Course detektorposisjon Bilderekonstruksjon i CT med tilbakeprojeksjon og konvolutering Tilbakeprojeksjon Kilde: Kalender, 2000 Demonstrasjon av tilbakeprojeksjon 8
Piksler og voksler Hounsfield Unit (CT-tall) CT-tall = 1000(µ vev - µ vann )/µ vann WW angir antallet CT-tall i bildet Ref. Kalender W, Computed Tomography, 2000 WL angir nivået, dvs midtpunktet på skalaen Ref. Kalender W, Computed Tomography, 2000 WWs innvirkning på kontrast Når WW øker, avtar kontrast Når WW avtar, blir kontrast bedre. Ved WW=0 er bildet totalt sort-hvitt. Optimal kontrast ved middelverdi for WW. Nedenfor er vist: WW=0, WW=250, WW=1000 og WW=2500 hhv Kilde: Kalender, 2000 WLs innvirkning på bildet WL er midtpunktet i WW Når WL øker endres gråtonene i bildet fra hvitt til sort Når WL går mot høyere CT-tall, vil CT-tall med lavere verdier vises i bildet (mørkere farger). WL=0, WL=100 og WL=400 hhv nedenfor Multi-planar reformatting (MPR) Kombinerer data fra flere snitt Kan se på objekter fra flere sider Kan rette ut kurvede former, for eksempel blodårer 9
Surface rendering Maximum intensity projection (MIP) Matematisk stråle projiserers fra observatørs øye gjennom 3Drommet (datamengden) Datamengden blir vist i et plan hvor maksimumsintensiteten til vokslene i hver stråle blir pikselverdien Lager 3D-bilde av overflater med lignende CT-tall Belyser overflaten slik at det dannes skygger og man kan se konturer godt Bruker ikke hele datamengden Kort rekonstruksjonstid CT Virtuell Endoskopi Volume rendering Grafikkbasert datasystem for å simulere endoskopi innenfor et 3D-bilde Ekte endoskopi bruker optisk videoassistert teknologi Virutell endoskopi brukes til colon, luftveier, blære, spinalkanalen, indre øre og pancreas Gir opasitet og farge til vevstyper avhengig av attenuasjonen Bruker hele datamengden Vil også kunne se det som er inne i overflaten http://www.valleyradiologists.com/images/ct-abdo.jpg Dual source CT (Siemens) Spectral imaging (Philips) 80kV Bone 670 HU Bone 450 HU Auto-removal of calcium and bone Iodine 296 HU Iodine 144 HU Red = calcium Blue = contrast filled vessels E1 Low-energy (soft) X-rays E2 High-energy (hard) X-rays E3 total Total x-ray beam 140kV 10
Ref. Kalender W, Computed Tomography, 2000 11