Datortomografi Teknik - Göteborgs universitet · 2014-10-20 · Axiell scanning, konventionell...

2014-10-17

Datortomografi

Teknik

Helén Milde

Röntgensjuksköterska

Sahlgrenska Universitetssjukhuset

2

MDDT principer Viktigt att skilja på scan-parametrar och

rekonstruktions parametrar

Scanparametrar – Scantyp

– kV, mA, rotationshastighet

– SFOV

– Bländaröppning i z-led

– Pitch

Rekonstruktionsparametrar – Rekonstruktions inkrement = det intervall snittet flyttas

– Effektiv snittjocklek

– Matematiskt filter

– DFOV

– Iterativ rekonstruktion

Acquisition (Avsökning), scanning

Rådata volym

Rekonstruktion ger snittjocklek,

centrerar bilden, DFOV, matematiskt

filter etc.

Bilddata volym

Datortomografens hårdvara

Undersökningsbord

Gantry

Röntgenrör

Filter

Detektor

DAS

– signalen görs om från analog till digital)

Data Acquisition System (DAS)

Detektor

Röntgenrör Anod

HV Tank

Katod

HV Tank

Scanner – 3:e generationen

Röntgenrör

Gantryöppning

Scanfält

”Raster”

Detektorer

Frontalt Lateralt

Hårdvarufilter (Bow-tie)

Fast bländare

Rörlig bländare

Iso-center

Rörlig bländare

Fast bländare

Tack till Siemens

Utrustning

10 mm per rotation 40 mm per rotation 160 mm per rotation

Detektor

9

Detektorns egenskaper

Material anpassad för hög effektivitet.

Hög känslighet

Hög fyllnadsfaktor dvs det finns liten andel

yta mellan detektorerna som inte används.

Korta ”efterlysningstider”, signalen måste

snabbt dö ut för att ta emot nästa signal

Nytt detektormaterial

Känsligare

Snabbare

Kan växla

energinivåer under

rotationsvarvet

Räkna fram

monokromatiska

bilder

10 Tack till GE

Bred detektor

16 cm scanområde på

en rotation

Kan täcka in ett helt

organ

Kan avbilda rörelser

och/eller flöden med god

tidsupplösning

11

Tack till Toshiba

Röntgenrör Skall ha litet fokus och tåla hög belastning.

Högre mA för att kunna utnyttja snabbare

rotationstid och/eller lägre kV.

Förbättrad resolution med möjlighet till höga

stråldoser även vid finfokus.

Extremt god kylkapaciteten.

Siemens Straton-rör, ca

¼ så stor som

konventionella rör.

Teknik för

bättre

upplösning i

bild

Computed tomography; Willi A.

Kalender

Publicis Corporate Publishing

Flying focus

fungerar även i

xy-led, för att ge

bättre spatiell

upplösning

Tack till Philips

Nya tekniska lösningar

Röntgenrör utan kullager där

flytande metall ersätter lager

Focus som flyttar sig på

anodtallriken för att ge

ultrahög spatiell upplösning

Detektor som skålats i både

xy- och z-led för att minimera

konbeamartefakter

Raster framför detektorn

för att undvika spridd

strålning

15 Tack till Philips

Positionering av patienten

Inkorrekt

Centering

Strålknippets mittpunkt

Dosen blir för låg

Centrering

Bild GE

Fan angle

Ökad brus i bilden pga felcentrering Dosen till

brösten

ökar

Korrekt centrering innebär högre

bildkvalitet.

19

Scanparametrar; alla dessa

parametrar påverkar bilden!!!

SFOV

– Scan Field of View

Scantyp

Rotationstid

mA

kV

Pitch

Fördröjning

Snittjocklek

Inkrement

Algoritm/Filter

DFOV

– Display Field of View

Iterativ rekonstruktion

20

Scantyp

Axial

Spiral

Cine

EKG-styrd

21

Axial

Axiell scanning, konventionell teknik, step

and shoot

– Ett snitt alt. en bländaröppning scannas, bordet

flyttas, upprepas till hela scanområdet är täckt.

Används hos oss till, hjärtundersökningar, HRCT samt

ev si-leder och hjärna för att kunna vinkla gantryt.

Bordet kan förflyttas så att man får ett mellanrum utan

strålning (HRCT)

En scanner med bred detektor kan inte använda

spiralteknik vid gantryvinkling, då kan man använda

axiell teknik

22

Helical/Spiral

Röntgenrör och detektor snurrar

kontinuerligt, inget område blir utan strålar

om pitch <1.5 (ett röntgenrör)

– Är möjligt tack vare släpringsteknik istället för

kabel

– Alla MDDT kan använda både spiral och axial

scanning

23

Cine

Kontinuerlig scanning över ett område

Vid behov av dynamisk scanning

– Perfusion

– Kärlmissbildning

Kan innebära hög

hudstråldos

24

Rotationstid

Längre rotationstid – Hinna samla in mer information per rotation

– Öka stråldosen

Kortare rotationstid – Undvika andnings/rörelseartefakter

– Hinna med flera kontrastmedelsfaser

Fin/grov fokus är beroende på mA, man kan behöva anpassa rotationstiden för att inte få för hög mA och därmed grovfokus

Voxel - Isotropisk upplösning

voxel

(volymselement) = 3D

pixel (bildelement) = 2D

Voxel =

pixel x snittjocklek

x/y-plan = axial

y/z-plan = sagital

x/z-plan = coronar

Pixel och voxel

Pixelvärdet är medel ct-talet för all

vävnad som finns i voxeln

För att avbilda ett objekt som är litet är

det viktigt att använda tunna snitt.

Tack Birgitta Hansson DS

27

10 mm 0.6 mm

Snittjocklek

28

Snittjocklek

MSCT: 5 mm och 1.25 mm från samma undersökning

Upplösning i bild vad är det?

Spatiell upplösning

– För att se fina strukturer

Temporal upplösning

– För att avbilda rörliga organ

– När behov finns för snabb scanning

Lågkontrast upplösning

– För att se skillnad på vävnad med likartad

attenuering

När vill vi ha vad?

Spatiell Temporal Lågkontrast

Lunga Hjärta Hjärna

Skelett Barn Lever

Inneröra Lungor Barn

Kärl Kärl Mediastinum

Hjärta Trauma

Hur får vi detta?

Spatiell Temporal Lågkontrast

Små isotropa

voxlar

Snabb

rotationstid

Hög stråldos

Många

projektioner

Två röntgenrör Brusreducerande

matematiskt filter

Högupplöst

matematiskt

filter

Bred detektor ev. sänkt kV

Tunna snitt Hög pitch

”Flying focus”

Fin focus

Lågt brus Högt brus

Hög

kontrast

Låg

kontrast

Låg

kontrast

Hög

kontrast Effekten

blir mer

märkbar

om

objektet är

litet

Brusets

inverkan på

lågkontrast-

objekts

synbarhet

Brus i bilden

Ändrar vi mA (mAs) förändrar vi bruset i

bilden

Ändrar vi kV förändrar vi både kontrasten

och bruset i bilden

För att visualisera en patologisk förändring

måste kontrasten vara tillräckligt hög så att

inte förändringen förloras i bildbruset

34

Filter, algoritm

Mjukt/Soft – För vävnader med likartad

täthet

– brusreducerande

Standard – Rutinundersökningar; buk,

mjukdelar i thorax

Kantförstärkt – Undersökningar med stora

skillnader i täthet; lungor

Högupplösande – Skelettundersökningar

– Undersökningar där man vill titta på submm detaljer

Lungalgoritm-kantförstärkt Standardalgoritm-mjuk

Stråldoser; effektiva doser

Bakgrundstrålning 1 mSv/år

Konventionell rtg-us 0.01-20 mSv/us

Datortomografi us 1-20 mSv/us

Stråldos i DT

Absorberad dos mäts med CTDIvol (mGy)

Estimerad strålrisk mäts med DLP (Dos

Längd Produkt mGy.cm)

DLP = CTDIvol x scanlängd

Vad bidrar till stråldosen

kV

mA

Rotationstid

Pitch

38

Fakta om rörspänning - kV

Rutinmässigt 120 kV

Ökar rörspänningen ökar energin till

fotonerna och därmed penetrationsförmågan

Ökar rörspänningen ökar strålintensiteten till

detektorerna

Ökar rörspänningen (vid samma mAs)

minskar bruset och kontrasten i bilden

SSI rapport 2004:12

Vad säger farbror Kalender?

Vid mjukvävnad är 120

kV ett adekvat val

kV bör varieras mer än

vad som görs idag

För skelett- och

kontrastmedelsunder-

sökningar kan det vara

en vinst med < 80 kV Med Phys 2009 Mar;36(3):993-1007.

Application- and patient size-dependent

optimization of x-ray spectra for CT.

Kalender WA, et al

kV - Rörspänning

Lägre kV ger:

Sämre objektpenetration

Ökad risk för beam-hardening artefakter

Ökat bildbrus

Lägre stråldos

Bättre vävnadsdifferentiering i mjukvävnad

42

kV

80, 100, 120 eller 140 kV

Vid kontrastmedels-förstärkta undersökningar av

hals och thorax och vid mycket smala patienter

eller barn kan man sänka kV.

Vid kraftigt överviktiga patienter där

skulderregion, buk eller bäcken undersöks kan

man öka kV

80 kV

120 kV 140 kV

100 kV

515 HU

341 HU 297 HU

408 HU

Vad ska vi använda detta till?

Sänka stråldosen?

Sänka kontrastmedelsdosen

Kontrastförstärkning

Linjär relation mellan mängd jod och

attenuering

1 mg I i 1 ml blod ökar attenueringen

med ungefär 25 HU vid 120 kV

1 mg I i 1 ml blod ökar attenueringen

med ungefär 40 HU vid 80 kV

Ändrar man kV från 120 till 80 ändras

attenueringen med en faktor 1,6.

Kontrast i bild

Ökar vi kV från 80 till 140 minskar

kontrasten i bild (i relation till vatten) med;

– Ca 10 % för muskel

– Ca 20 % för fett

– Ca 50 % för jod

Vad betyder kV-värdet?

Sänker vi kV från 120 till 80 så kan vi

halvera kontrastmedelsdosen?!

DT-Thorax som får 320 mg I/kg kroppsvikt

kan utföras med 160 mg I/kg kroppsvikt

Innebär att doshastigheten förändras från

--mg I/kg/sek blir -- mg I/kg/sek

120 kV, 135 mA

148

HU

66

HU

31

HU

Kontrastmedel

Cylinder 1 = 1:1

Cylinder 2 = 1:2

Cylinder 3 = 1:4

80 kV, 353 mA

256

HU

121

HU

60

HU

Kontrastmedel

Cylinder 1 = 1:1

Cylinder 2 = 1:2

Cylinder 3 = 1:4

Jämförande kV

148

HU

121

HU

120 kV

80 kV

Kontrastmedel

Cylinder 1 = 1:1

Cylinder 2 = 1:2

51

kV

Öka kontrasten i bilden.

Minska kontrastmängden

Öka/minska stråldosen.

– Genom att öka från 120 kV till 140 kV ökar

man CTDI med en faktor 1.4.

– Genom att sänka från 120 kV till 80 kV

minskar man CTDI med en faktor 2.2

52

80 kv

305 mA

3.6 sd

140 kv

75 mA

3.8 sd

120 kv

105 mA

4.0 sd

100 kv

170 mA

3.3 sd

HU så hemskt!

SD 15 SD 5

mA - Rörström

Rörströmmen är ett mått på hur stor

elektronmängd som befinner sig mellan anod

och katod under exponering

Mängden av röntgenstrålar som produceras i

röntgenröret är direkt proportionell med

rörströmmen (mA) samt exponeringstiden (s)

Rörström (mA) x Rotationstid (s) = mAs

mA - Rörström

Hög mAs ger:

Minskat brus

Förbättrad lågkontrastupplösning

Större absorberad dos till patienten

För att reducera bruset i bilden till hälften så

måste mängden fotoner ökas med en faktor 4

56

Innebär MDCT högre dos?

Tunnare snitt ger mer brus i bilden för

likvärdig stråldos.

Viktigt att ställa in dosen efter den

snittjocklek som ska granskas.

Använd de dosbegränsande tekniker som

finns i maskinen.

57

Rätt stråldos

Adekvat dos beroende på vad som ska

undersökas;

Utnyttja ”dosautomatik”

Positionera patienten korrekt

58

mA, mAs, effektiv mAs

ALARA

Lika viktigt som att titta på mAs-värdet är det att titta på CTDI och DLP värden.

Vid kraftigt överviktiga patienter som behöver ha en undersökning – SPARA INTE PÅ STRÅLARNA

Våga ha brus i bilden.

MDDT- stråldos

Bildrekonstruktion kräver;

En extra rotation före och efter varje scan.

Innebär högre dos vid; – Bredare

detektorer i z-led.

– Större pitch

– Kortare scanområde

Dosbesparande

åtgärder

60

Tack till Siemens

61

Iterativ rekonstruktion Filtrerad bakåtprojektion – inte helt

adekvat beräkning med dagens breda detektorer

Flera återupprepande (iterativa) rekonstruktioner återger strukturer mer exakt

– Modellbaserad iterativ rekonstruktion MBIR - utgår ifrån bildgivande datortomograf vad gäller, brus, fokusstorlek, storlek på detektorelement och pixel

Dator-kapacitets krävande.

Iterativ rekonstruktion på rådata

Utgår ifrån utseendet på en konventionell

back-projektion bild.

Rådata +/- Rekonstruktion Bildresultat

Återprojektion

• Bildbruset ser annorlunda ut vid bilder rekonstruerade med

iterativ teknik än med traditionell FBP.

• Filter back projection och iterativ teknik mixas för att få bilder

man “känner igen”.

En mix av två tekniker

FBP

ASIR

40%

60%

60% ASIR 60% ASIR

Tack till Willy van Pinxteren och GE

FBP 20 % 100 %

FBP 30 % 100 %

Lungfilter 0.6 mm

VEO

Lungalgoritm 0.6 mm

ASIR 30%

Lungalgoritm 0.6 mm

ASIR 30% Lungfilter 0.6 mm

VEO

68

FBP 50% ASIR MBIR

Thorax lågdos 0.2 mSv

71

Dubbel Energi

Funktionell information utöver den

morfologiska

Framhäver ämnen med höga atom-

nummer, såsom kalcium, jod och järn.

Attenuering och HU-värde bygger på

vilken kV som valts.

Karakteriserar vävnad och material

utifrån den kemiska

sammansättningen.

72

Dual-energy – Dubbel-energi

Scanna två gånger med olika energinivåer

Två röntgenrör

Sandwichdetektor, där olika lager tar emot olika energinivåer

Ny rör- och detektorteknik där man supersnabbt ställer om mellan två energinivåer (var 0,3 - 0,5 ms beroende på rotationstid)

Dubbel-energi

73

50 cm 33 cm

Dubbelenergi

lungemboli

Tack till Siemens

75

DE

kontrastför-

stärkt bild

DE-bild som

visar

kontrast

DE-bild som

visar vatten

= virtuell

borttagen

kontrast

Slut och tack

för visat

intresse