CT skanning Basal teknik

Transkript

1 CT skanning Basal teknik Billeddiagnostisk kursus i Pædiatrisk Pulmonologi Onsdag den 14. april 2010 Gratien Andersen, overlæge Billeddiagnostisk Afdeling Århus Universitetshospital, Skejby

2 Introduktion Historisk rids Hvad er CT? Skanner system opbygning Artefakter i CT Stråledosis 2

3 CT: Computer Tomography Tomografi kommer af de to græske ord tomos ~ snit og grafia ~ beskrivelse Computer kommer af det latinske computare ~ at regne I moderne CT foretager man typisk millioner målinger og ender op med snitbilleder 3

4 CT Teknologi: Historie 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 along any number of lines passing through the same layer are known 1956 Bracewell: First application of the Radon principle in radioastronomy 4

5 CT Teknologi: Historie First Medical applications of reconstructive tomography: A.M. Cormack: Without knowledge of previous studies developed a method of calculating radiation absorption distributions in the human body based on transmission measurements Cormack was a physicist working on improving radiotherapy planning in a hospital in Cape Town 5

6 The Beatles 6

7 She Loves You 7

8 CT Teknologi: Historie First successful practical implementation: 1972 G.N. Hounsfield( Engineer): Generally recognised as the inventor of computed tomography Worked for the British firm EMI Ltd 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

9 Skanner - Prototype 9

10 CT Skannergeometri Kalender, W.A. 2006, Phys. Med. Biol, 51, R29-R43 10

11 1. generation CT EMI CT skanner Den første Siemens CT skanner

12 Slip ring (1985) 12

13 Oversigtsbillede 13

14 Forbedring i billedkvalitet (1974 vs. 1996) (80x80 vs. 512x512 matrix) 14

15 Udviklingen Minimum scan tid 300 s 5-10s 1-2 s s 0.27 s Data pr. 360 scan 54.6 kb 1 MB 1-2 MB MB MB Billedmatrix 80 x x x x x 1024 Power 2 kw 10 kw 40 kw kw 60 kw Snit tykkelse 13 mm 2-10 mm 1-10 mm mm mm Antal detektor rækker Rumlig opløsning 3 Lp/cm 8-12 Lp/cm Lp/cm 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

16 Hvorfor CT? CT har god lavkontrast opløsning der gør det muligt at anerkende selv meget små ændringer i vævet. Det giver os præcis information om fordelingen af strukturer i kroppen. 16

17 CT Teknologi: Intro 17

18 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

19 CT Teknologi: Intro 19

20 Hvad viser et CT billede? CT tal fra HU til (4096 gråværdier) Mennesket kan skelne mellem 60 til 80 gråværdier. Derfor laver man vinduer. 20

21 Hvad viser et CT billede? 21

22 CT scan metoder Axial scan - Step and shoot, leje bevægelsen er ikke kontinuerlig 22

23 CT scan metoder Axial scan - Det scannede volumen bliver opdelt i skiver - Rådata er sammensatte skiver der tilsammen danner et volumen - Kan køres som regel på børn, for at spare på dosis (HRCT) - Cerebrum undersøgelser 23

24 CT scan metoder Spiral scan = Volume scan - Scanningen foregår i en lang sekvens uden ventetid 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

25 CT scan metoder Spiral scan 25

26 CT scan metoder Spiral scan P = 0.5 P = 1.0 P =

27 CT scan metoder Multislice scan Samme som single slice, bortset fra valg af snittykkelse og hastighed Antallet af snit vokser 27

28 System opbygning Gantry Leje Generator Betjeningskonsol Computer Evt. kontrastsprøjte og EKG 28

29 Gantry Røntgenrør Detektor Data Aqusitions System Kølesystem vand eller luft 29

30 System opbygning - Gantry 30

31 System opbygning - Gantry

32 CT røntgenrør Skal kunne modstå en høj varmebelastning Langvarige eksponeringer (op til 120 s) Mekaniske belastninger pga. rotationen Op til 13G for 0.5s rotation 32

33 CT Detektor konfigurationer 33 Medico-Teknisk Afdeling

34 Multislice detektor 3 mm Slice 10 mm Slice Tykkere snit giver mindre støj i billedet og bedre kontrast for blødt væv 34

35 Multislice detektor 5 mm Slice 1 mm Slice Tyndere snit giver bedre opløsning af knoglevæv. 35

36 CT scanparametre Dataopsamlingsparametre Rør spænding ( kv) Rør strøm ( ma) Scantid ( s) Tiden for en rotation Længere scantid øger antal af røntgenstråler Kollimering ( mm) Snittykkelse i z-retning Strålefiltrering Beam shaping filtre Pitch (0.5 2) 36

37 CT scanparametre Rekonstruktionsparametre Rekonstruktions FOV (10 50 cm) Rekonstruktions matrix (1024 x 1024) Rekonstruktionsfilter: Fra smooth (blødt væv) Til sharp (knogle) 37

38 Billedkvalitet Billedkvaliteten er afhængig af: Rumlig opløsning Kontrast opløsning Støj Artefakter i CT Stråledosis 38

39 Støj Støjen har en stor betydning, når vi kigger på lavkontrast billeder, altså billeder hvor vævet i nabovoxler er meget ens i tætheden. 39

40 Artefakter i CT Forstyrrelser i billedet som kan være patient, operatør eller maskinrelaterede Patient bevægelse Metal artefakter Beam hardening artefakts Partial volume artefakts Udstyrsrelaterede artefakter 40

41 Artefakter i CT Patient bevægelse Frivilig bevægelse Respiration Synke bevægelser Ufrivillig bevægelse Hjertet 41

42 Artefakter i CT Metal artefakter 42

43 Artefakter i CT Partial volume artefakter Opstår når strålen rammer flere typer væv. F.eks. Knogle og blødt væv 5 mm 2 mm 43

44 Workflow Booking af patient Forberedelse af patienten til undersøgelsen Positionering af patient Lægge venflon o.l. Lave et oversigtsbillede Planlægge scan Selve scanningen (10-20 sek.) Reconstruktionen af billeder Samlet tid per undersøgelse = min Skanninger i fuld bedøvelse kræver ekstra tid 44

45 Hvad er HRCT Tynde snit(oftest 1-2 mm) Speciel rekonstruktionsalgoritme for at danne billeder med 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

46 HRCT Bruges til at fremhæve små detaljer på bekostning af andre strukturer Typiske anvendelsesområder: Lunger Knogler (Bihuler, ansigtskelet) Mellemøret Der er mere støj på HRCT-billederne i forhold til almindelige CT-billeder 46

47 Hvorfor HRCT Interstitial lung disease Chest radigraphy HRCT Accuracy 34% 61% Confidence in diagnosis 18% 42% 47

48 HRCT Lunger ÅUH, Skejby: Ca CT undersøgelser per år Ca. 50 HRCT lunger på børn (~1% eller 1/uge) Der er flere HRCT på voksne

49 Dosis ved CT undersøgelser

50 Hvorfor bekymre sig om CT-doser Fordelingen af røntgenundersøgelser i V.Tyskland CT bidraget til den kollektive effektive dosis af røntgenundersøgelser i V.Tyskland

51 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 Nov 29;357(22):

52 American Journal of Roentgenology February, 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 necessary Patterson, et al. Simple methods can decrease CT dose for children Donnelly, et. al

53 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

54 Estimated Radiation Doses for 5 Year-Old Child Imaging Area Effective Dose (msv) Equivalent Number of CXRS 3-view ankle /14th 2-view chest Anteroposterior and lateral abdomen Tc-99m 2 radionuclide cystogram Tc-99m radionuclide bone scan FDG PET 3 scan Upper GI/small bowel follow through 1 50 Head CT Chest CT Abdomen CT 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.

55 Strålehygiejne Indikation for undersøgelsen Bismuth: Beskyttelse af brystvævet Begrænsning af antal CT kontroller Lave CT doser, hvis det er muligt Automatisk dosis kontrol

56 Bismuth

57 Hvad driver den teknologiske udvikling i CT? Lavere stråledosis (iterative recon) Børne-CT Bedre vævskarakterisering (blødt væv) Hjerte-CT Plaque karakterisering Hjerne Perfusion for Stroke evaluering Tumor Perfusion el. Kvantitative kontrast opladning 57 Medico-Teknisk Afdeling

58 Spørgsmål? Gratien Andersen Overlæge Billeddiagnostisk Afd. Aarhus Universitetshospital, Skejby 58