BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ

FİZİĞİ

Dr. Ercan Kocakoç

Bezmialem Vakıf Üniversitesi

İstanbul

BT FİZİĞİ

BT’nin temel prensiplerini öğrenmek

BT artefaktlarını öğrenmek

Giriş ve Tarihçe

Terminoloji

Radyasyon Dozu

Artefaktlar

GİRİŞ ve TARİHÇE

Tomografi Yunanca tomos (kesit) ve graphia

(görüntü)

İlk 1963 yılında Amerikalı fizikçi Allan MacLeod

Cormack teorik olarak BT’yi düşünmüştür

Prototip BT: Sir Godfrey Newhold Hounsfield

1967-1971

Bir kesit için tarama süresi 4.5 dakika ve bu

kesit için görüntü oluşum süresi 20 dakika

Türkiye’de ilk Hacettepe Üniversitesinde

1975’de sadece beyin tetkiki için kullanılmıştır

BT cihazlarının gelişimi

I. Jenerasyon BT (1972): Tek kesit 4.5-5 dak.

II. Jenerasyon BT (1979):Tek kesit 18 sn

III.Jenerasyon BT (1980’lerin ilk yılları)

Tek kesit süresi 2- 4 sn

IV.Jenerasyon BT (1980’lerin sonu) Spiral veya Helikal BT

Tek kesit süresi 1-2 sn

V. Jenerasyon BT (1985) Ultrafast BT (EBT)

Tek kesit 17 msn- 50 msn

VI. Jenerasyon BT (1998) MDBT (ÇKBT)

2004 –64 kesit cihaz

Matriks: 1024 x 1024

Dönüş hızı: 0.33 s

Kesit sayısı: 64 kesit / dönüş

Kesit kalınlığı: 0.5 mm

Rekonstrüksiyon hızı: 20 görüntü/sn

Çift tüplü sistemler

İki X‐ray tüp ve iki dedektör aynı anda çalışır

Kalp hızı sınırlaması yoktur

Daha düşük doza imkan verir

2008 –256‐320 kesit

cihaz

Matriks: 1024 x 1024

Dönüş hızı: 0.27s

Kesit sayısı: 256‐320

kesit / dönüş

ÇKBT ile teknolojinin geldiği en son noktada 4 saniyede tüm vücut tomografisi ve 0.25 saniyede kalp anjiosu yapılabilmekte

Kalp anjiosunda BT dozu 1mSv’in altına inmiştir (Kateter kalp anjiosunda hastanın aldığı ortalama doz 3mSv dir)

Leschka S, et al (2009) Diagnostic accuracy of high-pitch dual-source CT for the assessment of coronary stenoses: first experience. Eur Radiol 19:2896-2903

Konsol

Gantry

Tüp ve dedektörler

BT 4 üniteden oluşur

-x ışını tüpü

-gantry

-dedektör

-bilgisayar ve monitör

TERMİNOLOJİ

BT nasıl yapılıyor?

X-ışını

Hastayı geçen ışınların detektörlerce

yakalanması

Veri kaydı (Görüntü rekonstrüksiyonu)

X-ışın tüpü iyi soğutulmalı

BT’de Görüntüleme

Dijital projeksiyon

AP, PA, Lateral projeksiyon

Surview, Skenogram

Konvansiyonel BT

Aksiyel, kesitsel

Her kesit bağımsız

Hacimsel BT

Helikal tarama

Devamlı (Kesintisiz) veri

Dijital Projeksiyon

Tüp ve dedektörler sabit

Işın gelirken masa hareket

eder

İncelenecek alan seçilir

3. Kuşak BT: “rotasyon-rotasyon)

Tüp ve detektörler hasta

çevresinde 360-420° döner

Masa sabit

Bir kesit görüntü

Masa bir sonraki

pozisyona hareket eder

İşlem tekrarlanır

Helikal (Hacimsel) BT

Tüp ve detektörler hasta çevresinde 3600

döner

Masa devamlı hareket eder

Hacimsel, kesintisiz bilgi alınır

Slip ring teknolojisi

Yüksek güçlü tüp

İnterpolasyon algoritması

“Slip ring”

• Gantri eksenine göre konsantrik dizilen paralel

iletken halkalar

• Dönen yüzeye (tüp, dedektör) elektrik ileten fırçalar • Sistemin tüm güç ve kontrol iletilerini sağlar

Slip ring

Kayıcı

fırça

Veri ve kontrol

Güç kaynağı

Temel parametreler

Kolimasyon

kVp, mAs

Rotasyon zamanı

Rezolüsyon

Rekonstrüksiyon

algoritması

Matriks

Filtre

Rekonstrüksiyon

intervali

İnterpolasyon

algoritması

Pitch

Efektif kesit kalınlığı

Işın kolimasyonu

. .

Tek dedektör Çift dedektör

kolimasyon

Hasta sonrası kolimasyon

Fokal spot

_ _ _

Kullanılan ışının kalınlığı

6.5 mm 2.7 mm

Kolimasyon

10 mm 1 mm

İNCE KOLİMASYON

AVANTAJ

Uzaysal Rezolüsyon

MPR, 3-D görüntü iyi

Parsiyel volüm

Çizgisel artifakt

DEZAVANTAJ

Gürültü

Kontrast rez.

İnceleme süresi

Kesit sayısı

mAs: foton sayısı

kV: foton enerjisi

Yüksek mAs

Gürültü

Kontrast rez.

Hasta dozu

Tüp ısısı

Tüpün gücüyle doğru

orantılıdır.

Hastaya verilen doz mAs

arttırılınca artar.

Effektif mAs=mAs/pitch

Yüksek kV

Gürültü

Penetrasyon

Hasta dozu

Kontrast rez

Rotasyon zamanı

Tüpün bir dönüşünü tamamlaması için geçen

süre

3. jen. BT : 3-4 sn

Helikal BT’de 0.375-1 sn

Kısa rot. zamanı hareket artifaktı

Uzun rot. zamanı mAs artırılabilir

ÇÖZÜNÜRLÜK

Küçük objeleri ayırabilme

(çç/cm)

Fokal spot

Sekonder kolimasyon

Standart Yüksek Çok yüksek 11çç/mm 14çç/mm 20çç/mm

Standart Yüksek Ultrahigh Uz. Rezol.

Standart Yüksek Ultrahigh Gürültü

Uzaysal (spatial) çözünürlük (rezolüsyon)

Birbirine komşu farklı yapıyı ayırt edebilme

gücü

Kontrast çözünürlük

Farklı yoğunlukları ayırt edebilme gücü

(dokular arasındaki HU değerlerindeki farklılık)

Uzaysal Çözünürlüğü Etkileyen

Faktörler

Fokal Spot: Daha küçük FS; UÇ artar

Dedektör genişliği: Daha küçük DG; UÇ artar

Kesit kalınlığı: Daha küçük KK; UÇ artar

Pitch: Daha düşük pitch; UÇ artar

Rekonstrüksiyon filtresi: Kemik filtre; UÇ artar

Piksel boyutu: Daha küçük PB; UÇ artar

FOV: Daha az FOV; UÇ artar

Hasta hareketi: Daha az HH; UÇ artar

Kontrast Çözünürlüğü Etkileyen

Faktörler

mAs (tüp akımıX tarama zamanı) ve doz

mAs artarsa; foton sayısı artar, SNR artar ve KÇ artar

mAs’ın iki katına çıkması ile SNR %41 artar, KÇ de artar

mAs artarsa doz da artar

Piksel boyutu (FOV)

Hasta boyutu ve diğer tüm parametreler sabit kalırsa; FOV artışı ile piksel boyutları artar ve herbir vokselden geçen X‐ray sayısı artar ve KÇ de artar

MATRİKS

Piksel= FOV/Matriks

Matriks

Uz. Rezol

Rekons. zamanı

arşiv

İzotropik (kübik) voksel için <1 mm kolimasyon

Piksel: (resim element)

Dijital görüntüde 2D

element

Voksel elemana ait resim

bilgisidir

Voksel: (volüm element)

Üçüncü boyut olarak kesit

kalınlığını ifade eder

Matriks satır ve kolon sıralarından oluşur

512X512, 1024X1024, vs

Teknisyen görüntü alanını (FOV) seçer

Piksel boyutu: FOV/matriks boyutu

Uzaysal çözünürlük daha geniş matriks (küçük pikseller) veya daha küçük FOV ile artar

X-ışın tüpü, X-ışın yelpazesi ve dedektörler

Helikal BT

Tüp ve tek sıralı 500-900 dedektör

4-kesit BT

Tüp ve çoğul sıralı dedektörler

Dedektör: Hastayı geçen radyasyonun

intensitesini ölçer. 2 tip

-Xenon dedektörler: Üzerine X ışını

düştüğünde sıkıştırılmış xenon gazında

iyonizasyona neden olur ve elektrik sinyali

üretir (3. jenerasyon BT’lerde kullanılır)

-Solid state dedektörler: Üzerine X ışını

düştüğünde ışık salınımı olur ve elektrik sinyali

üretir (4. jenerasyon ve ÇKBT’de kullanılırlar)

SPİRAL BT - ÇKBT

DEDEKTÖR GEOMETRİSİ

-Matrix dedektör: Paralel sıralanmış eşit

genişlikteki dedektör dizilimi

-Adaptif dedektör: Santralden perifere doğru

genişleyen dedektör dizileri

-Hibrid: Matrix ve adaptif birarada

-Tek sıra dedektörlü

sistemlerde

dedektörün eni 15’mm dir.

Kesit kalınlığı 1-13mm

arasındadır ve kesit kalınlığı

ışının kolimasyonu ile

belirlenir.

-Çok sıralı dedektör

sisteminde dedektörlerin eni

dardır (ör:64 sıralı sistemde

dedektör boyutu 1 mm’nin

altına düşmüştür)

Firmalara göre dedektör tipleri

değişebilmektedir

Detektörlerle İlgili Bazı Tanımlar

DETEKTÖR – DETECTOR: Z aksındaki aktif detektör sayısı

KANAL – CHANNEL: Detektörden Veri aktaran birim

KESiT – SLICE: Bir dönüşte elde edilen kesit sayısı

16 KANALLI BTDE; KANAL #= DETEKTÖR # = KESiT # Çoğu zaman doğru…

64 DETEKTÖRLÜ BT =Ø 64 KESİTLİ BT

Genel olarak dedektör sıra sayısı arttıkça x- ışını kullanım etkinliği arttığından radyasyon dozu azalır

Pitch

____________________________________

Işın demetinin (total) kolimasyonu (mm)

pitch = Masa hareketi (mm) / rotasyon

Tek kesitli ve çokkesitli helikal BT için;

________________________________

nominal kesit kalınlığı (mm) pitch =

Masa hareketi (mm) / rotasyon

Çokkesitli helikal BT için;

4-kesit: 1-8

16-kesit:2-30

Pitch=1: 10mm kesit aralıklı, 10mm kesit

kalınlığına benzer, şöyleki ardışık kesitler

konvansiyonel bir adım bir şut taramaya benzer

Pitch>1: Daha düşük aksiyel uzaysal

çözünürlüklü azaltılmış hasta dozu, genişletilmiş

görüntülemeyi tanımlar

Pitch<1: Daha yüksek aksiyel uzaysal

çözünürlüğü, daha yüksek hasta dozlu, üst üste

gelmeyi (overlaping) tanımlar

Pitch değeri arttıkça z eksenindeki çözünürlük azalır

efektif kesit kalınlığı artar

MPR ve 3D kalitesi düşer

gürültü artar

Klinik kullanımda pitch değeri 1-2 arasında seçilir.

Kesit Duyarlılık Profili

Rekonstrüksiyon intervali

Ardışık 2 kesit arasındaki

mesafe

Kesit kalınlığı aynı

Overlapping

RI

MPR ve 3D iyi

Parsiyel volüm

Görüntü sayısı

Rekonstr. zamanı

Lezyon saptama

Matematiksel overlapping ile doz

artırılmadan z-eksenindeki çözünürlük

Atenuasyon Hiperdens

Hipodens

İzodens

Atenuasyon birimi Hounsfield ünitesidir (HU)

Skala ‐1000 ‐+1000

Hava: ‐1000 HU

Akciğer: ‐300 HU

Yağ: ‐90 HU

Su: 0 HU

Kas: 50 HU

Kortikal kemik: 1000 HU

ATENUASYON

DOKULARIN BT’ DE HÜ DEĞERLERİ

4 üniteden oluşur

Pencere genişliği (Window Width)

Siyah ve beyaz arası Hounsfield ünite sayısı

Görüntü kontrastını ifade eder

Daha dar pencere daha yüksek kontrast

Pencere ortası (Level or Center)

Ortadaki gri Hounsfield ünite değeri

PENCERELEME

PENCERE DÜZEYLERİ

ÇOK KESİTLİ BT’NİN AVANTAJLARI

Daha geniş bir alan daha hızlı taranır

Daha kısa süreli çekim, daha az artefakt

Daha ince kesit, daha yüksek rezolüsyon

X‐ışınının daha etkin kullanımı, daha az radyasyon?

Değişik kalınlıklarda rekonstrüksiyon

İzotropik görüntüleme, daha iyi MPR ve 3D

görüntüleme

4’lü ÇKBT, 0.5 s rotasyon Helikal BT, 1 s rotasyon

8 kat daha hızlı

Aynı mesafe için helikal BT’de uzun zaman veya kalın kolimasyon

GÖRÜNTÜLEME HIZI

MPR ve 3D Görüntüler

Sanal Görüntüleme-Surface Rendering

BT PERFÜZYON

BT PERFÜZYON

Radyasyon Dozu

Hastanın etkin dozu (ve riski) hastaya yüklenen total

enerji miktarı ile doğru orantılıdır.(Göğüs

röntgenogramında ekspojur değeri120kV-5mAs, BT’

de ise 120kV-200mAs)

Dolayısıyla tüp akımı ve tarama zamanı ile artar

Tüp voltajını 80’den 140’a çıkardığımızda hasta dozu

5 kat artar

Etkin doz kesit kalınlığının kesit sayısı ile çarpımı ile

bulunur

Helikal BT’de pitch 1.0 olduğunda radyasyon

dozu konvansiyonel BT’deki aralıksız

taramaya eşittir

Hasta dozu pitch değeri ile ters orantılıdır

1.5 pitch 1.0’e göre dozu %67 azaltır

2.0 ise yarı yarıya azaltır

ÇKBT’de hasta dozu, ekspojur değerleri ve

tarama uzunluğu (kesit kalınlığı X kesit sayısı)

aynı kalmak koşuluyla helikal BT’dekine eşittir

ARTEFAKTLAR

Fizik Temelinde gelişen artefaktlar

-Beam hardening artefaktı

-Parsiyel volüm artefaktı

-Foton açlığı artefaktı

Hastadan kaynaklanan artefaktlar

-Metalik artefaktlar

-Hareket artefaktları

-İnkomplet projeksiyon

BT cihazından kaynaklanan artefaktlar

-Ring artefaktı

Helikal ve ÇKBT artefaktları

-Reformat görüntülerdeki artefaktlar

Beam hardening artefaktı

-Sebep:Farklı enerjide fotonlardan oluşan X

ışını demeti bir objeyi geçerken, düşük enerjili

fotonlar hızlı absorbe olduklarından demetin

ortalama enerjisi artar yani sertleşir

Bu etki sonucunda yumuşak doku-kemik gibi

farklı yoğunlukdaki oluşumlardan geçen ışın

artefakta yol açar

Beam hardening artefaktı

- Çözüm: ışın filtreleme teknikleri

kesit kalınlığı düşürülebilir

Beam hardening artefaktı

10mm 1mm

Parsiyel volüm artefaktı

- Sebep: Eğer bir doku voksel volümünü

tamamen dolduramıyorsa, aynı voksel içinde

diğer dokularla birlikte ortalama dansitesi

alınıp piksellere yansıtılır

Bu da parsiyel volüm artefaktına neden olur

- Çözüm:Kesit kalınlığını azaltmak

Foton açlığı artefaktı

-Sebep:Yüksek dansiteli alanlarda (omuz gibi)

oluşan horizontal çizgilenme artefaktıdır

Foton açlığı artefaktı

Foton açlığı artefaktı

-Çözüm:

Otomatik tüp akımı modülasyonu: Bu

yöntemde hastanın geniş olan bölümlerinde

doz otomatik olarak artırılırken, ince kısımların

da fazla doz alması önlenir

Adaptif filtrasyon:Rekonstrüksiyon işlemi

sırasında yüksek atenuasyonun olduğu

bölgelerde atenüasyon profili yumuşatılır

Hastadan kaynaklanan artefaktlar

-Metalik artefaktlar

-Hareket artefaktları

-İnkomplet projeksiyon

Metalik artefaktlar

-Sebep: Metaller şiddetli çizgilenme artefaktına

neden olurlar

Artefaktlar

Metalik artefaktlar

Çözüm:metali çıkartmak

gantri açısı değiştirilebilir

kVp artırılıp kesit kalınlığı azaltılabilir

özel software ve filtreleme programları

Metalik artefaktlar

Hareket artefaktı

Hareket artefaktı

Çözüm: en kısa çekim süresi kullanılmalı

overscan ve underscan modlarının

kullanımı

özel software ile düzeltme ve kardiak

gating

İnkomplet projeksiyon

Sebep: Hastanın herhangi bir bölümü FOV

dışında kalırsa bilgisayar bu bölümle ilgili

inkomplet bilgi elde eder. Görüntüde bulanıklık

ve çizgilenmeler oluşur.

İnkomplet projeksiyon

BT cihazından kaynaklanan artefaktlar

-Ring artefaktı:

Sebep: Her bir dedektör görüntünün anüler

bir parçasını gördüğü için, tek bir dedektörün

bozulması bu artefakta neden olur

Çözüm: Dedektör kalibrasyonu

Ring artefaktı

Helikal ve ÇKBT artefaktları

-Reformat görüntülerdeki artefaktlar

Reformat görüntülerdeki artefaktlar

Zebra artefaktı: Yüksek pitch kullanımı gibi z

aks rezolüsyonunun bozulduğu durumlarda

görülür

Çözüm: Pitch değerini azaltmak

Zebra artefaktı

Reformat görüntülerdeki artefaktlar

‘‘Stair step artefaktı’’:

Sebep: geniş kolimasyon kullanılırsa

overlapping rekonstrüksiyon

kullanılmazsa

Çözüm: Kesit kalınlığının azaltılması

Stair step artefaktı

TEŞEKKÜRLER…. Dr. Aslı Serter

Dr. Selim Doğanay

Dr. Muşturay Karçaaltıncaba

Dr. Nevzat Karabulut

SORULAR…

1- BT’de doz ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi

yanlıştır ?

a) mAs arttıkça doz artar

b) Pitch arttıkça doz artar

c) kVp arttıkça doz artar

d) Otomatik doz modülasyon programlarının

kullanılması hasta dozunu azaltır

e) Konvansiyonel BT’de hasta dozu daha yüksektir

Pitch arttıkça doz artar

2- Detektör nedeniyle oluşan artefakt

aşağıdakilerden hangisidir?

a- Beam-hardening artefakt

b- Zebra artefaktı

c- Merdiven basamağı artefaktı

d- Ring artefaktı

e- Hareket artefaktı

Ring artefaktı

3- Kolimasyonla ilgili hangisi yanlıştır?

a- İnce kolimasyonla uzaysal çözünürlük artar

b- İnce kolimasyonla parsiyel volüm etkisi azalır

c- İnce kolimasyonla kontrast çözünürlük artar

d- İnce kolimasyonla kesit sayısı artar

e- İnce kolimasyonla gürültü artar

C- İnce kolimasyonla kontrast çözünürlük artar