CT skanningBasal teknik

Billeddiagnostisk kursus i Pædiatrisk Pulmonologi

Onsdag den 14. april 2010

Gratien Andersen, overlægeBilleddiagnostisk Afdeling

Århus Universitetshospital, Skejby

• Historisk rids • Hvad er CT? • Skanner system opbygning

Introduktion

• Skanner system opbygning• Artefakter i CT• Stråledosis

2

• Tomografi kommer af de to græske ord ’tomos’ ~ snit og ’grafia’ ~ beskrivelse

• Computer kommer af det latinske ’computare’ ~ at

CT: Computer Tomography

regne

I moderne CT foretager man typisk 10-15 millioner målinger og ender op med 7-800 snitbilleder

3

• Fundamental importance:

• 1917 J.Radon(Mathematician):

– ”The distribution of a material or material property in an object layer can be calculated if the integral values alongany number of lines passing through the same layer areknown”

CT Teknologi: Historie

known”

• 1956 Bracewell:

– First application of the Radon principle in radioastronomy

4

• First Medical applications of reconstructivetomography:

• 1957 - 1963 A.M. Cormack:

– Without knowledge of previous studies developed a method of calculating radiation absorption distributions in the human body based on transmission

CT Teknologi: Historie

in the human body based on transmission measurements

– Cormack was a physicist working on improvingradiotherapy planning in a hospital in Cape Town

5

The Beatles

6

She Loves You…

7

• First successful practical implementation:

• 1972 G.N. Hounsfield( Engineer):

– Generally recognised as the inventor of computedtomography

– Worked for the British firm EMI Ltd.

CT Teknologi: Historie

• 1972 First clinical CT images of the Brain at Atkinson Morley Hospital in London (James Ambrose)

• 1979 Hounsfield and Cormack were awarded the Nobel prize in Medicine for their achievements.

8

Skanner - Prototype

9

CT Skannergeometri

10

Kalender, W.A. 2006, Phys. Med. Biol, 51, R29-R43

1. generation CT

EMI CT skannerDen første Siemens CT skanner

Slip ring (1985)

12

Oversigtsbillede

13

� Forbedring i billedkvalitet (1974 vs. 1996) (80x80 vs.

512x512 matrix)

14

1972 1980 1990 2004 2008

Minimum scan tid 300 s 5-10s 1-2 s 0.33-0.5 s 0.27 s

Data pr. 360 scan 54.6 kB 1 MB 1-2 MB 10-100 MB 20-200 MB

Billedmatrix 80 x 80 256 x 256 512 x 512 512 x 512 1024 x 1024

Power 2 kW 10 kW 40 kW 60-100 kW 60 kW

Udviklingen

Power 2 kW 10 kW 40 kW 60-100 kW 60 kW

Snit tykkelse 13 mm 2-10 mm 1-10 mm 0.5-1 mm 0.625 mm

Antal detektor rækker 2 2 34 64 64 - 320

Rumlig opløsning 3 Lp/cm 8-12 Lp/cm 10-15 Lp/cm 12-25 Lp/cm 24 Lp/cm

Kontrast opløsning

5 mm/5 HU/50

mGy

3 mm/3 HU/30

mGy

3 mm/3 HU/30

mGy

3 mm/3 HU/30

mGy

3 mm/3 HU/30

mGy

15

• CT har god lavkontrast opløsning der gør det muligt at anerkende selv meget små ændringer i vævet.

Hvorfor CT?

• Det giver os præcis information om fordelingen af strukturer i kroppen.

16

CT Teknologi: Intro

17

Hvordan måles et objekt i CT?

• Røntgenkilde udsender en stråle• Intensiteten, som er blevet dæmpet af objektet, bliver målt

af detektoren, hvilket resulterer i en intensitetsprofil. • Ved at tage logaritmen af forholdet mellem indgangs- og

udgangsstrålen, beregnes attenuationsprofilen(projektionen), som sendes til viderebehandling.

• Disse målinger bliver taget 360° rundt om objektet.

18

CT Teknologi: Intro

19

Hvad viser et CT billede?

• CT tal fra -1024 HU til +3071 (4096 gråværdier)

• Mennesket kan skelne • Mennesket kan skelne mellem 60 til 80 gråværdier.

• Derfor laver man vinduer.

20

Hvad viser et CT billede?

21

• Axial scan- Step and shoot, leje bevægelsen er ikke kontinuerlig

CT scan metoder

22

• Axial scan

- Det scannede volumen bliver opdelt i skiver

- Rådata er sammensatte skiver der tilsammen danner et

CT scan metoder

- Rådata er sammensatte skiver der tilsammen danner et

volumen

- Kan køres som regel på børn, for at spare på dosis (HRCT)

- Cerebrum undersøgelser

23

• Spiral scan = Volume scan

- Scanningen foregår i en lang sekvens uden ventetid mellem rekonstruktionerne

CT scan metoder

mellem rekonstruktionerne- Rådata er et dataset, der dækker hele den skannede volumen

- Fordelen i forhold til axial scan: hastigheden. - Undersøgelsen er hurtigere, der giver patienten mulighed for at holde vejret under hele scanningen og dermed undgå bevægelsesartefakter.

24

• Spiral scan

CT scan metoder

25

• Spiral scan

CT scan metoder

26

P = 0.5 P = 1.0 P = 1.5

CT scan metoderMultislice scan◦ Samme som single slice, bortset fra valg af snittykkelse og hastighed

◦ Antallet af snit vokser

27

◦ Antallet af snit vokser

• Gantry• Leje• Generator

System opbygning

• Generator• Betjeningskonsol• Computer• Evt. kontrastsprøjte og EKG

28

Gantry

• Røntgenrør• Detektor• Data Aqusitions• Data AqusitionsSystem

• Kølesystem –vand eller luft

29

System opbygning - Gantry

30

System opbygning - Gantry

• Skal kunne modstå en høj varmebelastning

• Langvarige eksponeringer (op til 120 s)• Mekaniske belastninger pga. rotationen

CT røntgenrør

• Mekaniske belastninger pga. rotationen–Op til 13G for 0.5s rotation

32

CT Detektor konfigurationer

33

Medico-Teknisk

Afdeling

Multislice detektor3 m

m S

lice

10 m

m S

lice

• Tykkere snit giver mindre støj i billedet og bedre kontrast for blødt væv

34

Multislice detektor5

mm

Slic

e

1 m

m S

lice

• Tyndere snit giver bedre opløsning af knoglevæv.

35

• Dataopsamlingsparametre– Rør spænding (80 – 140 kV)– Rør strøm (20 – 500 mA)– Scantid (0.27 – 4 s)

• Tiden for en rotation• Længere scantid øger antal af røntgenstråler

CT scanparametre

• Længere scantid øger antal af røntgenstråler– Kollimering (0.6 – 160 mm)– Snittykkelse i z-retning– Strålefiltrering– Beam shaping filtre– Pitch (0.5 – 2)

36

• Rekonstruktionsparametre–Rekonstruktions FOV (10 – 50 cm)–Rekonstruktions matrix (1024 x 1024)–Rekonstruktionsfilter:

CT scanparametre

–Rekonstruktionsfilter:• Fra smooth (blødt væv) • Til sharp (knogle)

37

• Billedkvaliteten er afhængig af:–Rumlig opløsning–Kontrast opløsning–Støj

Billedkvalitet

–Støj–Artefakter i CT–Stråledosis

38

• Støjen har en stor betydning, når vi kigger på lavkontrast billeder , altså billeder hvor vævet i nabovoxler er meget ens i tætheden.

Støj

tætheden.

39

• Forstyrrelser i billedet som kan være patient, operatør eller maskinrelaterede–Patient bevægelse–Metal artefakter

Artefakter i CT

–Metal artefakter–Beam hardening artefakts–Partial volume artefakts–Udstyrsrelaterede artefakter

40

• Patient bevægelse– Frivilig bevægelse

• Respiration

Artefakter i CT

• Respiration• Synke bevægelser

– Ufrivillig bevægelse• Hjertet

41

• Metal artefakter

Artefakter i CT

• Metal artefakter

42

• Partial volume artefakter–Opstår når strålen rammer flere typer væv. F.eks. Knogle og blødt væv

Artefakter i CT

43

5 m

m

2 m

m

• Booking af patient• Forberedelse af patienten til undersøgelsen

– Positionering af patient– Lægge venflon o.l.

• Lave et oversigtsbillede• Planlægge scan

Workflow

• Planlægge scan• Selve scanningen (10-20 sek.)• Reconstruktionen af billeder• Samlet tid per undersøgelse = 15-25 min• Skanninger i fuld bedøvelse kræver ekstra tid

44

Hvad er HRCT

• Tynde snit(oftest 1-2 mm)

• Speciel rekonstruktionsalgoritme for at danne billeder

med høj rumlig opløsningmed høj rumlig opløsning

• FOV er reduceret, for at reducere pixel-størrelsen

• Aksial og spiral HRCT

• Andre faktorer (f.eks. focal spot) for at optimere

billedet

• Bruges til at fremhæve små detaljer på bekostning af andre strukturer

• Typiske anvendelsesområder:

HRCT

• Typiske anvendelsesområder:– Lunger– Knogler (Bihuler, ansigtskelet)– Mellemøret

• Der er mere støj på HRCT-billederne i forhold til almindelige CT-billeder

46

Hvorfor HRCT

Interstitial lung disease

Chest radigraphy HRCT

47

Accuracy 34% 61%

Confidence in diagnosis 18% 42%

HRCT – Lunger

• ÅUH, Skejby:

– Ca. 5000 CT undersøgelser per år

– Ca. 50 HRCT lunger på børn (~1% eller 1/uge)– Ca. 50 HRCT lunger på børn (~1% eller 1/uge)

– Der er flere HRCT på voksne

Dosis ved CT undersøgelser

Hvorfor bekymre sig om CT-doser

CT bidraget til den kollektive effektive

dosis af røntgenundersøgelser i V.Tyskland 1990 - 92

Fordelingen af røntgenundersøgelser i V.Tyskland 1990 - 92

Hvorfor bekymre sig om CT-doser

Estimated Number of CT Scans Performed Annually in the United States. The most recent estimate of 62 million CT scans in 2006 is from an IMV CT Market Summary Report

N Engl J Med. 2007 Nov 29;357(22):2277-84.

American Journal of RoentgenologyFebruary, 2001

• One CT scan carries a 1 in 1000 risk of a fatal cancer – Brenner, et al.

• CT dose for children is often higher than • CT dose for children is often higher than necessary– Patterson, et al.

• Simple methods can decrease CT dose for children– Donnelly, et. al

Hvorfor bekymre sig om CT-doser

• USA Today:

Steve Sternberg, front page, January 22, 2001

• “Each year about 1.6 million children in • “Each year about 1.6 million children in the USA get CT scans to the head and abdomen - and about 1,500 of those will die later in life from radiation-induced cancer”

Estimated Radiation Doses for 5 Year-Old Child

Imaging Area

Effective Dose (mSV)

Equivalent

Number of CXRS

3-view ankle 0.0015 1/14th

2-view chest 0.02 1

Anteroposterior and lateral abdomen

0.05 2.5

Tc-99m2 radionuclide cystogram 0.18 9

Tc-99m radionuclide bone scan 6.2 310

FDG PET3 scan 15.3 765

Upper GI/small bowel follow through

1 50

Head CT 4 200

Chest CT 3 150

Abdomen CT 5 250

CXR, chest radiograph; Tc99m, technetium 99m; FDG PET, fluorodeoxygluecose positron emission tomography.

Data provided by R. Reiman MD. Personal Communication. Duke Office of Radiation Safety. http://www.safety.duke.edu/RadSafety/

Strålehygiejne

• Indikation for undersøgelsen

• Bismuth: Beskyttelse af brystvævet

• Begrænsning af antal CT kontroller

• Lave CT doser, hvis det er muligt

• Automatisk dosis kontrol

Bismuth

HvadHvad driver den driver den teknologisketeknologiskeudviklingudvikling ii CT CT ??

Lavere stråledosis (iterative recon)

Børne-CT

57

Medico-Teknisk

Afdeling

Børne-CT

Bedre vævskarakterisering (blødt væv)

Hjerte-CT Plaque karakterisering

Hjerne Perfusion for Stroke evaluering

Tumor Perfusion el. Kvantitative kontrast opladning

Spørgsmål ?

58

Gratien AndersenOverlæge

Billeddiagnostisk Afd. Aarhus Universitetshospital, Skejby

Email: gratande@rm.dk