CT skanning Basal teknik Billeddiagnostisk kursus i Pædiatrisk Pulmonologi Onsdag den 14. april 2010 Gratien Andersen, overlæge Billeddiagnostisk Afdeling Århus Universitetshospital, Skejby
Introduktion Historisk rids Hvad er CT? Skanner system opbygning Artefakter i CT Stråledosis 2
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 10-15 millioner målinger og ender op med 7-800 snitbilleder 3
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
CT Teknologi: Historie First Medical applications of reconstructive tomography: 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 measurements Cormack was a physicist working on improving radiotherapy planning in a hospital in Cape Town 5
The Beatles 6
She Loves You 7
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. 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 Kalender, W.A. 2006, Phys. Med. Biol, 51, R29-R43 10
1. generation CT EMI CT skanner Den første Siemens CT skanner
Slip ring (1985) 12
Oversigtsbillede 13
Forbedring i billedkvalitet (1974 vs. 1996) (80x80 vs. 512x512 matrix) 14
Udviklingen 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 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
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
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 mellem 60 til 80 gråværdier. Derfor laver man vinduer. 20
Hvad viser et CT billede? 21
CT scan metoder Axial scan - Step and shoot, leje bevægelsen er ikke kontinuerlig 22
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
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
CT scan metoder Spiral scan 25
CT scan metoder Spiral scan P = 0.5 P = 1.0 P = 1.5 26
CT scan metoder Multislice scan Samme som single slice, bortset fra valg af snittykkelse og hastighed Antallet af snit vokser 27
System opbygning Gantry Leje Generator Betjeningskonsol Computer Evt. kontrastsprøjte og EKG 28
Gantry Røntgenrør Detektor Data Aqusitions System Kølesystem vand eller luft 29
System opbygning - Gantry 30
System opbygning - Gantry
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
CT Detektor konfigurationer 33 Medico-Teknisk Afdeling
Multislice detektor 3 mm Slice 10 mm Slice Tykkere snit giver mindre støj i billedet og bedre kontrast for blødt væv 34
Multislice detektor 5 mm Slice 1 mm Slice Tyndere snit giver bedre opløsning af knoglevæv. 35
CT scanparametre 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 Kollimering (0.6 160 mm) Snittykkelse i z-retning Strålefiltrering Beam shaping filtre Pitch (0.5 2) 36
CT scanparametre Rekonstruktionsparametre Rekonstruktions FOV (10 50 cm) Rekonstruktions matrix (1024 x 1024) Rekonstruktionsfilter: Fra smooth (blødt væv) Til sharp (knogle) 37
Billedkvalitet Billedkvaliteten er afhængig af: Rumlig opløsning Kontrast opløsning Støj Artefakter i CT Stråledosis 38
Støj Støjen har en stor betydning, når vi kigger på lavkontrast billeder, altså billeder hvor vævet i nabovoxler er meget ens i tætheden. 39
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
Artefakter i CT Patient bevægelse Frivilig bevægelse Respiration Synke bevægelser Ufrivillig bevægelse Hjertet 41
Artefakter i CT Metal artefakter 42
Artefakter i CT Partial volume artefakter Opstår når strålen rammer flere typer væv. F.eks. Knogle og blødt væv 5 mm 2 mm 43
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 = 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 opløsning FOV er reduceret, for at reducere pixel-størrelsen Aksial og spiral HRCT Andre faktorer (f.eks. focal spot) for at optimere billedet
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
Hvorfor HRCT Interstitial lung disease Chest radigraphy HRCT Accuracy 34% 61% Confidence in diagnosis 18% 42% 47
HRCT Lunger ÅUH, Skejby: Ca. 5000 CT undersøgelser per år 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 Fordelingen af røntgenundersøgelser i V.Tyskland 1990-92 CT bidraget til den kollektive effektive dosis 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 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
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-99m 2 radionuclide cystogram 0.18 9 Tc-99m radionuclide bone scan 6.2 310 FDG PET 3 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
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
Spørgsmål? Gratien Andersen Overlæge Billeddiagnostisk Afd. Aarhus Universitetshospital, Skejby Email: gratande@rm.dk 58