hur fungerar en datortomograf tekniskt? vad är fysiken bakom en...
TRANSCRIPT
SK-kurs: Strålningsfysik, teknik och strålskydd i radiologi8 december 2015, Malmö
Marcus SöderbergStrålningsfysik, Skånes universitetssjukhus Malmö
Hur fungerar en datortomograf tekniskt?
Vad är fysiken bakom en datortomograf?
Agenda
• Komponenter
• Teknik och princip
• Bildrekonstruktion
• CT-värde (HU)
• Artefakter
• Parametrar som påverkar bildkvalitet och stråldos
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Konventionell röntgen vs CT
Marcus Söderberg / 2015-12-04
+ Friprojicering av objekt + Hög kontrast
- Relativt hög dosbelastning
G.N. Hounsfield 1963
Marcus Söderberg / 2015-12-04
9 dagar senare
Illustration: www.impactscan.org
Grundprincip
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Röntgenrör och detektorpaket är mekaniskt sammanbundna och roterar kring patienten
• Mäter vilken attenueringsförmåga som vävnaden i kroppen har
Under huven…
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Röntgenrör
Gantry
Mätområde
”Anti scatter” kollimatorer
Detektor
Format filter (Bow-tie filter)
Justerbar kollimator
Isocenter
Fix kollimator
Justerbar kollimator
Fix kollimator
Illustration: Kalender W. (2005)
Under huven…
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Insamling av stora volymer kräver
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Kort rotationstid− Nya typer av motorer och mekanik
• Röntgenrör med mycket hög output
• Effektivare detektorer med− Hög detektionseffektivitet− Ultrasnabb avklingning och låg efterlysning
• Hög dataöverföringskapacitet
Röntgenrör
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Accelerera elektroner för att skapa röntgenstrålning (karakteristisk röntgen och bromsstrålning)
z-flying focal spot
Illustration: Cody D. (2008)Kalender W. (2005)
Cathode
Transformer oilAnode rotor
X-ray tube insert
Cable sockets
Expansion bellows
Strator windings
Output portAnode
CT-detektor
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Omvandla den infallande röntgenstrålningens intensitet till en motsvarande elektrisk signal, förstärka signalen och omvandla från analog till digital - Scintillator och fotodioder
Viktiga egenskaper• Hög geometrisk effektivitet• Hög detektionseffektivitet• Kort insamlingstid av signal• Linjär konvertering• Stabila (kalibrering)• Små och billiga
Illustration: Hsieh J. (2009)Siemens
Val av detektormaterial
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Kalender W. (2005)
• Tidigt 70-tal: NaI(Tl) + PM-rör- Stor detektor, få kanaler, kort avklingningstid
• 1973-1980: scintillationsdetektor CsI(Tl) + fotodioder- Ej stabila, längre avklingningstid- Bättre anpassade till fotodiodens känslighet (våglängd på ljuset)
• 1980: Gasdetektor Xe jonkammare- Högre effektivitet
• 1990-1995: Xe ersätts av nya scintillationsmaterial CdWO4- Hög absorption men bräckligt material
• 2000: Keramiska material: YGO, GOS, UFC- Hög absorption, snabb avklingning, låg efterlysning
• 2007: Kristall (ädelsten): Gemstone- Snabb avklingning och låg efterlysning - Klarar snabb kV-switchning dual energy
• 2013: Dual layer: ”Yttrium” + GOS- Spektral CT
• Framtid: Rena halvledardetektorer: Si, Se, CdTe, CdZnTe- Energiupplösning (fotonräknare)
Siemens - The first fully integrated detector
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Discrete PD and AD-convertershigh number of electronic parts
• Long electric connection distance• Typical electronic noise contribution
• Integrated PD and AD-converters in one ASIC
• Virtually no connection distance• Significantly reduced electronic
noisePD: photodiode, AD: analog-to-digital converter, ASIC: application specific integrated circuit
Conventional detector Stellar detector
Illustration: Siemens
Improved image quality
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Benefits in: Low dose scans Large patients Low kV imaging Dual energy
Stellar DetectorConventional Detector
40 cm water phantom
80 kV , 540 eff mAsIllustration: Siemens
Philips Dual-layer detector
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Distinguishing between x-ray photons of high and low energies simultaneously• Retrospective spectral analysis is made possible
Use color images to identify the composition
Illustration: Philips
Översiktsbild
• Röntgenrör och detektor står stilla samtidigt som britsen rör sig• AP, PA, lateralt• Ställer in området man vill undersöka• Tillverkarna har olika namn:
− GE – Scout− Siemens – Topogram− Philips – Surview− Toshiba – Scanogram
• Litet dosbidrag i relation till riktiga scannet• Centrera patienten i isocenter är mycket viktigt!• Felcentrering:
− Inhomogen dosfördelning i patienten− Försämrad bildkvalitet (artefakter, brus)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Scan mode
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Sekvens CT• Patienten stilla under exponering och därefter förflyttning till nästa
position och ny exponering
Spiral CT• Patienten förflyttas kontinuerligt under exponering• Snabbare bildtagning
Volym CT• Upp till 16 cm räckvidd / rotation
16 cm
Illustration: Kalender W. (2005)
Multi-slice CT (MSCT)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Flera rader av detektorer placeras bredvid varandra• Ett bredare strålfält används• På detta sätt kan flera snitt tas samtidigt och därmed kortas scan-
tiden ner- 2 rader 1992- 4 rader 1998- 16 rader 2001- 32 rader 2003- 64 rader 2004- 320 rader 2008
Illustration: Yu L. et al. (2011)
Varför är MSCT bra?
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Kortare scantid färre rörelseartefakter
• Större områden kan undersökas
• Möjlighet till att använda tunnare snitt högre upplösning i patientens längsriktning
• Bättre utnyttjande av röntgenröret 1
2
3
4
Illustration: Mutic S (2006)
1970 1980 1990 2000
Rotation time (s)
300 5 2 1 0.75 0.5 0.2
Slice thickness (mm)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
2015
CT performance characteristics
Detector rows
1 2 4 16 64 320
Scan faster Use thinner sections Cover more patient anatomy in a single rotation
13 2-10 1-10 0.5-1 0.4
State of the art CT systems
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Philips IQon spectral CT
Toshiba Aquilion ONE Vision Edition
GE Revolution CT
Siemens SOMATOM Force
• 16 cm coverage per rotation
• Dual layer detector
• 4 cm wide detector
• 16 cm coverage per rotation
• Dual source, turbo flash 737 mm/s
• 5.76 cm wide detectors
CT-rekonstruktion
Marcus Söderberg / 2013-05-14
• Att genom mätningar av trans-mitterad strålning registrera s.k. signalprofiler, linjära attenuerings-koefficienten µ från olika riktningar
• Dessa signalprofiler bearbetas sedan för att rekonstruera fram det objekt som givit upphov till dem
• Analytisk metod (filtrerad bakåt-projektion, FBP) eller iterativa rekonstruktionsalgoritmer
CT-rekonstruktion
• FBP används traditionellt vid bildrekonstruktion av CT men ersätts allt mer av iterativ rekonstruktion (IR)
• FBP är snabb men kräver högre stråldos och ger mer brus
• IR medför bättre bildkvalitet (lägre brus, ökad spatiell upplösning, minskade artefakter) och potential till dosreduktion
• IR kräver mycket datorkraft
Marcus Söderberg / 2013-05-14
Bakåtprojektion
Marcus Söderberg / 2013-05-14
Mätning och registrering av bilden Rekonstruerad bild
För varje varv (snitt) mäts attenueringen i ett stort antal projektioner runt objektet, rådata.
Uppmätta projektioner återprojiceras skbakåtprojektion, vilket ger en suddig bild. Därför behövs filtrering (faltning) av de enskilda projektionerna innan återprojektionen.
Filtrerad bakåtprojektion
Marcus Söderberg / 2013-05-14
BP
FBP
Sinogram
Illustration: T.M. Buzug. Computed tomography (2008)
Iterativ rekonstruktion (IR)
Marcus Söderberg / 2013-05-14
• Beräkningsprocedur som upprepas ett antal gånger (iterationer) med syfte att närma sig en approximativ lösning
• Hounsfield itererade fram sina första CT-bilder i början av 1970-talet
• IR användes även i de första kommersiella CTn då datamängden var väldigt liten
• När datormängden ökade tog det för lång tid med IR och då använde man sig av FBP som tog en bråkdel så lång tid
• Först på senare år har man tillräckligt med datorkraft för att klara av IR inom rimlig tid
Iterativ rekonstruktion - princip
Marcus Söderberg / 2013-05-14
Beister M. et al. Physica Medica (2012)
• Beräkningsprocedur som upprepas ett antal gånger (iterationer) med syfte att närma sig en approximativ lösning.
Measured raw data
Initial image
Final image
Start Stop
Forward projection
Back projection
Compare
Input OutputIR loop
Stop?98131491795734725689134132879157
98131492795734785689134732879154
98131491795734725689134132879157
98131491795734725689134132879157
98131492795734785689134732879154
98131491795734725689134132879157
Model-based iterative reconstruction
Aim• Maximize the probability that the reconstructed result matches the
acquired data according to an accurate model of the data acquisition process
Major modeling components• Physical / system model Higher spatial resolution and
artefact reduction• Statistics / noise model Noise reduction and artefact
reduction• Object / image model Re-defines trade-offs between
noise, resolution and contrast
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Major iterative reconstruction algorithms
Marcus Söderberg / 2013-05-14
Vendor Acronym Algorithm Year
GE ASiR Adaptive Statistical Iterative Reconstruction 2008
Veo Product name 2010
Siemens IRIS Image Reconstruction in Image Space 2009
SAFIRE Singogram Affirmed Iterative Reconstruction 2010
ADMIRE Advanced Modeled Iterative Reconstruction 2013
Philips iDose4 Product name 2009
IMR Iterative Model Reconstruction 2013
Toshiba AIDR 3D Adaptive Iterative Dose Reduction 3D 2010
Vad visas i en CT-bild, egentligen?
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Spatial fördelning av linjära attenueringskoefficieten (µ)• µ är dock inte särskilt beskrivande och är beroende på använd
spektral energi
• Datorn räknar om attenueringsvärdena i matrisen till ett CT-värde (Hounsfiels unit, HU) relativt attenuering i vatten:
Hounsfieldskalan
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Normerat mot vatten vatten har alltid CT-värdet 0
CT-värde
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Samma objekt har olika CT-värde vid undersökning med olika rörspänning
• Samma objekt har olika CT-värde vid undersökning på olika CT-scanners pga olika medelenergi hos fotonerna i röntgenspektrat (blapga olika mängd tilläggsfiltrering)
Illustration: Anne Thilander Klang
Hounsfieldvärden är ej konstanta!
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Vattenfantom d = 5-50 cm
Vävnad d = 1 cm
Illustration: Tack et al. Radiation Dose from Multidetector CT (2012)
Fönsterinställning
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Gråskalan anpassas efter täthetsvärdet för organen vi vill se
Center – ”brightness”
Width – ”contrast”
Artefakter
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Struktur som uppkommer i bilden men ej finns med i det undersökta objektet
• Hur yttrar sig artefakterna? - Stråk- Skuggor- Ringar- Mörka band ”cupping”
• Kan kategoriseras till:- Användarrelaterade- Systemrelaterade- Patientrelaterade
• Details in the object are projected onto different detector rows for different projection angles, depending on their distance from the central plane
• Algorithms that take into account the cone-beam geometry and increased scatter are required
Cone-beam artifacts
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Kalender W. (2005)Bushberg J. et al (2011)
Partiell volymeffekt
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Radiation Dose in Computed Tomography. Health devices, 2007
• Minimeras genom att rekonstruera med tunna snitt
Utarmingsartefakter
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Stråkartefakter kan orsakas av låg signal till detektorerna för vissa projektioner
• Tunna snitt och låg kV ökar risken då låg signal erhålles• Motverkas m.h.a. exponeringsautomatik (rörströmsmodulering)• Viktigt att centrera patienten
Illustration: Barrett et al. RadioGraphics 2004
Beam hardening – strålhärdning
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Röntgenfotonerna som kommer från röntgenröret har olika energi• När strålningen passerar ett objekt absorberas fotoner med låg
energi mer än fotoner med hög energi beam hardening• Upphov till mörka band / stråkartefakter eller sk ”cupping”
Beam hardening korrektion
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Utan korrektion Med korrektion
• Minimeras genom filtrering, kalibrering och speciella algoritmer
Illustration: Barrett et al. RadioGraphics 2004
Metallartefakter – strålskuggor
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Tandfyllningar • Proteser• Kirurgiska clips• Elektroder• Metallmarkörer
Illustration: Barrett et al. RadioGraphics 2004
Reduktion av metallartefakter
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Siemens iMARSomatom Definition FlashCollimation: 128 x 0.6 mmScan time: 8 sScan length: 696 mmRotation time: 0.5 s100 kV, 128 mAs CTDIvol: 5.3 mGyDLP: 376 mGycmEffective dose: 5.6 mSv
Siemens
• Dual energy CT• Rekonstruktion
- GE MAR- Philips O-MAR- Siemens iMAR- Toshiba SEMAR
iMARw/o iMAR
Rörelseartefakter
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Orolig patient• Andning• Hjärtslag• Tarmrörelse
• Minimeras genom korta scantiderIllustration: Barrett et al. RadioGraphics 2004
Ringartefakter
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Om detektorerna inte är stabila uppstår karakteristiska ringartefakter i bilden
• Kalibrering är oftast lösningen på problemet
Minimera artefakter genom
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Korta scantider (rörelse)
• Tunna snitt (partiell volymeffekt)
• Använd exponeringsautomatik (utarmningsartefakter)
• Använt avsett protokoll för ändamålet och anpassat sFOV för att erhålla korrekt filtrering och kalibrering (beam hardening)
• Använd systemets artefaktsreduceringsalgoritmer
• Använd dual-energy (metallartefakter)
Möjligheter till optimering
• Protokolloptimering blir mer komplext för varje ny scannergeneration
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Siemens
Vad bestämmer stråldosen?
• Användaren: kV, mAs, pitch, kollimering…
• Scannern: filtrering, detektorns känslighet…
• Patienten: patientstorlek, bestrålat område, organens strålkänslighet…
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Översiktsbild – AP eller PA?
Illustration: GE
Obs! Beroende på tillverkare så kan AP/PA påverka rörströmsregleringen!
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Formade filter (bow-tie filter)
• Kompensera för patientanatomin• Reducerar signalvariationen till detektorn• Minskar perifer dos• Vanligtvis har tillverkarna flera olika formade filter • Använd korrekt format filter för avbildade objektets storlek
− Protokollbundet (Siemens, Philips)− Scan FOV bundet (Toshiba, GE)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Scan Field Of View (sFOV)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• Anpassa sFOV efter patientstorlek – påverkar stråldos och bildkvalitet• Exempel: CT thorax på Toshiba Aquilion ONE• Centrera patienten noggrant!
Illustration: Toshiba
Large sFOV Small sFOV
sFOV Dosökning (%)
M -
L 10
LL 14
Detektorkonfiguration (kollimering)
Illustration: AAPM
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Detektorkonfiguration – penumbra
• Fokusstorleken ej oändligt liten penumbra• Lägre andel av totala dosen för bredare kollimering• 16 x 0,75 mm ger 7,5% mer dos än 16 x 1,5 mm (Siemens Sensation 16)
”Wasted” Dose
z‐axis
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Detektorkonfiguration – overranging
• Rekonstruktionskrav för spiralinsamling overranging (extra dos till patienten)
• Med bredare detektorer ökar andelen ”wasted radiation”• Lösning – dynamisk kollimatorkontroll: rörliga kollimatorer som
öppnar och stänger asymmetriskt, blockerar strålning som ej bidrar till bild
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Radiation Dose in Computed Tomography. Health devices, 2007
Detektorkonfiguration
Påverkar• Total scantid• Brus / lågkontrast• Tunnast möjliga rekonstruerad snittjocklek
Smal kollimering• Mindre spridd strålning (lägre brus)• Mindre omfång• Mindre doseffektiv
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Rotationstid
Tid i sekunder som röntgenstrålningen är på under en rotation
Påverkar• Totala scantiden (proportionellt)• Brus / Lågkontrast• Stråldos (proportionellt)
• Generellt vill man minimera rotationstiden
Men• Vill få konstrastmedlet i rätt fas• Behövd mA kan överskrida röntgenrörets/generatorns begränsning
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Rörladdning, mAs
Dos versus bildkvalitet:• mAs – avgör mängden röntgenstrålning• Dos ~ mAs
• Kvantbrus ~
Låg mAs => hög brusnivå 4 ggr högre mAs => halverad brusnivå
1mAs
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Exponeringsautomatik
Illustration: Siemens
• Kroppen är ingen homogen cylinder• Patientstorleken varierar
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Exponeringsautomatik
• Anpassning av mA relativt attenuering i patient
Attenueringsprofiler+
140 mAs55 mAs110 mAs130 mAs
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Impact
Princip för exponeringsautomatik
• Specificera önskad bildkvalitet
• Modulering av mA
• Den önskade bildkvaliteten uppnås med ökad strålningseffektivitet, minskade utarmningsartefakter och jämnare bildkvalitet
Illustration: Impact
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Olika AEC tekniker
• Longitudinell modulering (z)- Använder översiktsbilden
• Rotationsmodulering (x,y)- Använder översiktsbilden ellerfeedback från realtidsmätningar
• Kombinerad modulering (x,y,z)- Rörströmmen anpassas efter varjepatients attenuering i 3D
Illustration: ImPACT, Siemens
Marcus Söderberg / 2015-12-04
• EKG-kontrollerad modulering- Rörströmmen pulsas enligt patients EKG-signal
Dagens AEC system• Idag har alla tillverkarna 3D AEC system• Olika nomenklatur, utförande och inställningsmöjligheter
Tillverkare AEC system Metod för att välja önskad bildkvalitet
GE AutomA 3D Ange noise index (brusnivå), min och max mA-gränser
Philips DoseRight V2, V3 mAs/slice väljs för en referenspatient (V2 kontinuerlig uppdatering)
Philips DoseRight V4 Ange DoseRight Index (brusnivå), min och max mAs-gränser
Siemens CARE Dose 4D Kvalitetsreferens mAs väljs för en referens-patient
Toshiba SureExposure 3D Ange SD (brusnivå), min och max mA-gränser
Marcus Söderberg / 2015-12-04
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tube
load
[mAs]
Slice number (z‐axis)
Philips ‐ ACS+Z‐DOM Siemens ‐ CARE Dose 4D
Fix mAs: 100Bildkvalitet: NI=12, min mA=10, max mA=200
Dosbesparing: 48%
Fix mAs: 100Bildkvalitet: SD=10, min mA=10, max mA=500
Dosbesparing: 59%
Fix mAs: 200Bildkvalitet: 200 mAs/slice
Dosbesparing: 51%
Fix mAs: 100Bildkvalitet: Quality ref mAs=100, Average/Average
Dosbesparing: 43%
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tube
load
[mAs]
Slice number (z‐axis)
GE ‐ AutomA 3D Toshiba ‐ SureExposure 3D
Rörströmsmodulering, 64-slice
Söderberg et al., Acta Radiol 2010
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Varierad patientstorlek – Philips DoseRight
1.80/62, BMI 19.1deff = 32.0 cm
1.78/82, BMI 25.9deff = 35.5 cm
1.85/100, BMI 29.2deff = 35.8 cm
1.80/119, BMI 36.7deff = 40.7 cm
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Philips
Protocol mAs = 150
ACS+Z-DOM
Average mAs = 66
Protocol mAs = 150
ACS+Z-DOM
Average mAs = 112
Protocol mAs = 150
ACS+Z-DOM
Average mAs = 113
Protocol mAs = 150
ACS+Z-DOM
Average mAs = 207
-56% -25% -25% +38%
Översiktsbilden är fundamental!
• Utan en översiktsbild kan inte AEC aktiveras
• Rörströmsmoduleringen kan påverkas av: ‒ Centrering av patient‒ Projektionsvinkel vid översiktsbild‒ Antal översiktsbilder‒ Val av scanprotokoll‒ Scanriktning‒ Scanlängden stäcker sig utanför översiktsbild‒ Metallimplantat‒ Strålskydd på patient
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Söderberg M. RPD (2015)
Vismutskydd
• Var aktsam vid exponeringsautomatik – applicera efter översiktsbild
• Hur påverkas realtidsmodulering och bildkvalitet?
Marcus Söderberg / 2015-12-04
http://www.aapm.org/publicgeneral/BismuthShielding.pdf
Organbaserad rörströmsmodulering
• Minska stråldos till strålkänsliga organ (bröstvävnad, sköldkörtel, ögon)
• GE – Organ Dose Modulation (ODM)• Siemens – X-CARE• Toshiba – Organ Effective modulation (OEM)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Organbaserad dosmodulering
• Upp till 30-40 % dosreduktion till bröstvävnad• Jämförbar brusnivå
Illustration: Siemens
Low dose
High dose
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Rörspänning, kV
Dos versus bildkvalitet:• kV – avgör energifördelningen för röntgenfotonerna• Kontrollerar inte bara dosen utan även kontrast, brus och
röntgenstrålningens transmission genom patienten
Marcus Söderberg / 2015-12-04
kV Relativ CTDIvol
80 0.3100 0.6120 1.0140 1.4
Rörspänning, kV
120 kVCTDIvol=5,18 mGy
100 kVCTDIvol=3,98 mGy
120 kV 80 kV
Fördel vid lägre kV:Ökad kontrast
Fördel vid lägre kV:Lägre dos
Illustration: JG Fletcher (2011)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Rörspänning, kV
140 kV
Risk vid lägre kV:Ökat brus och artefakter
80 kV
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: JG Fletcher (2011)
Rörspänning, kV
Dos versus bildkvalitet:
Parameter 80 kV 120 kV 140 kV
Kontrast Högre Mellan Lägre
Brus Mer Mellan Mindre
Transmission Mindre Mellan Mer
Patientdos per mAs Lägre Mellan Högre
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Rörspänningsreglering
• Vilken kV för bibehållen bildkvalitet (kontrast till brus förhållande) resulterar i lägsta stråldos?
• Val av lämplig kV beror på patientens storlek (attenuering), diagnostisk frågeställning, begränsningar i rörström output samt scan tid
• Anpassar kV och modulerar rörström så att kontrast till brus förhållande och stråldos optimeras
Marcus Söderberg / 2015-12-04
0Siemens CARE kVGE kV Assist Toshiba SURE kV
Automatisk anpassning av kV och mA
Marcus Söderberg / 2015-12-04
CTDIvol = 5,8 mGy CTDIvol = 8,5 mGySiemens
Pitch
Pitch = Bordsförflyttning per gantryrotation / kollimerat strålfält
Pitch < 1Beam width has some overlap at each view angle from rotation to
rotation
Pitch = 1No overlap of beam
width at each view angle and no view angles not covered at certain table
positions
Pitch > 1Some view angles are
not covered by the beam width at certain
table positions
Illustration: AAPM
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Pitch
Påverkar• Total scantid• Brus / Lågkontrast• Stråldos
• Ökad pitch lägre dos, mer brus, kortare scantid
• Minskad pitch högre dos, mindre brus, längre scantid
• Obs! Siemens och Philips använder:”Effektiv mAs” = mAs / pitch
• Vid ändrad pitch ändras mA automatiskt så att stråldos och bildkvalitet ”bibehålls”
Illustration: AAPM
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Snittjocklek
10 mm snittjocklekAlla andra parametrar är identiska
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: James M. Kofler (2011)
Snittjocklek
5 mm snittjocklekAlla andra parametrar är identiska
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: James M. Kofler (2011)
Snittjocklek
2 mm snittjocklekAlla andra parametrar är identiska
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: James M. Kofler (2011)
Snittjocklek
1 mm snittjocklekAlla andra parametrar är identiska
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: James M. Kofler (2011)
Snittjocklek
0,6 mm snittjocklekAlla andra parametrar är identiska
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: James M. Kofler (2011)
Val av snittjocklek
Upplösning versus brus:
Tjocka snitt:• Lågt brus• Sämre detaljupplösning• Partiella volymsartefakter
Tunna snitt:• Högt brus• Bättre detaljupplösning• Inga partiella volymsartefakter
Illustration: James M. Kofler (2011)
Marcus Söderberg / 2015-12-04
10 mm 0,6 mm
Rekonstruktionsfilter
• Man kan rekonstruera bilder med olika slags filter
• Mjuka filter ger mindre brus och framhäver lågkontrasten
• Skarpa filter ger mer brus men framhäver den spatiellaupplösningen (fina strukturer)
Mjukt filter Skarpt filter
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Display Field Of View (dFOV)
• Maximal diameter i den rekonstruerade bilden• Vanligtvis 12-50 cm• Litet dFOV ger hög spatiell upplösning men mera brus• Stort dFOV gör att fler områden ryms i bilden men ger samtidigt sämre
upplösning• Om rådata sparats kan man rekonstruera i efterhand med olika dFOV
FOV
FOVFOV
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Iterativ rekonstruktion
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Reduktion av artefakter• Cone beam artefakter, spiral (windmill) artefakter,
metallartefakter…• Artefakter uppkommer vid FBP pga att tekniken inte är exakt i
matematisk mening
Övervinner kompromissen mellan upplösning och brus• Förbättrad upplösning till brus förhållande• Reducerad stråldos
Dose reduction potential
Marcus Söderberg / 2013-05-14
Willemink et al. Eur Radiol 2013
Vendor Algorithm Theoretical maximum dose reduction according to vendor
Reported dose reduction*
GE ASiR 40 % 23-76 %
Veo 75 % -
Siemens IRIS 60 % 20-60 %
SAFIRE 60 % 50 %
Philips iDose4 80 % 50-76 %
Toshiba AIDR 3D 75 % 52 %
* Dose reduction strongly depends on the applied anatomic region and calculation method (CTDIvol, DLP, effective dose, tube current)
Lägre brus med SAFIRE
Illustration: Siemens
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Lägre brus med olika nivåer av iDose4
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Illustration: Willwmink et al. Eur Radiol 2013
FBP iDose4 L1 iDose4 L2 iDose4 L3
iDose4 L5 iDose4 L6 iDose4 L7iDose4 L4
Philips IMR
Marcus Söderberg / 2015-12-04
iDose4 level 2 – 1 mm slice IMR – 1 mm slice Courtesy Roger Siemund
Philips IMR
Marcus Söderberg / 2015-12-04
iDose4 level 2 – 5 mm slice IMR – 1 mm sliceCourtesy Roger Siemund
Optimering av iterativ rekonstruktion
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Sjukhusfysikern december (2014)Löve A. et al. BJR (2013)
Möjligheter till dosreduktion
• Centrera patienten
• Begränsa undersökt volym
• Bättre filter (bowtie filter)
• Bättre bildbehandlingsalgoritmer
• Iterativ rekonstruktion
• Effektivare detektorer
• Anpassa scanningparametrar till patient (barn) och frågeställning
• Exponeringsautomatik
Marcus Söderberg / 2015-12-04
Samarbete!
Marcus Söderberg / 2013-05-14
Radiolog
Röntgen-sjuksköterskaSjukhusfysiker
Bildkvalitet / Metod / Stråldos
Stråldos / Bildkvalitet / Metod
Metod / Bildkvalitet / Stråldos