ΒαςικΕΣ ΑΡΧΕΣ Ακτινοδιαγνωςτικων μηχανηματων

Παρουσίαση με θέμα: "ΒαςικΕΣ ΑΡΧΕΣ Ακτινοδιαγνωςτικων μηχανηματων"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΒαςικΕΣ ΑΡΧΕΣ Ακτινοδιαγνωςτικων μηχανηματων
Κική Θεοδώρου Αν. Καθηγήτρια Ιατρικής Φυσικής

2 Εφαρμογές Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών
Διάγνωση Θεραπεία Απεικονιστικά καθοδηγούμενες πράξεις Διαγνωστικές Θεραπευτικές

3 Τεχνολογία - Ακτινογράφηση
Επιλογή kV: Υψηλή τάση της λυχνίας mΑ: ρεύμα ηλεκτρονίων στη λυχνία παραγωγής msec: χρόνος ακτινοβόλησης Το γινόμενο mAs είναι ενδεικτικό της ποσότητας της ακτινοβολίας που εκπέμπεται διαφράγματα κεφαλή λυχνία παραγωγής ακτίνων-Χ ακτινολογική τράπεζα αντιδιαχυτικό διάφραγμα (bucky) & film

4 Τεχνολογία - Ακτινογράφηση
100 % in 1 % out X ray source Patient body

5 Τεχνολογία - Ακτινογράφηση

6 Τεχνολογία – Ακτινοσκόπηση
Η ακτινοσκόπηση προσφέρει τη δυνατότητα παρατήρησης της κίνησης των οργάνων σε πραγματικό χρόνο και καθιστά δυνατή τη μελέτη δυναμικών λειτουργιών. ΣΤΑΘΕΡΑ ΚΙΝΗΤΑ

7 Τεχνολογία - Ακτινοσκόπηση

8 Ενισχυτής εικόνας Flat panel detector
Τεχνολογία - Ακτινοσκόπηση λυχνία ακτίνων Χ κατευθυντήρας ασθενής ενισχυτής εικόνας οπτικό Video camera ψηφιοποιητής ψηφιακός ανιχνευτής Ενισχυτής εικόνας Flat panel detector

9 ΑΞΟΝΙΚΟΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ Σήμερα…
Η τεχνολογία της Αξονικής Τομογραφίας κατέστη εφικτή από την ανοδική πορεία των ηλεκτρονικών υπολογιστών Οι εφευρέτες του Αξονικού Τομογράφου, G. Hounsfield και A. Cormack, τιμήθηκαν με το βραβείο Nobel το 1979. Σήμερα… Διενεργούνται άνω των αξονικών τομών / πληθυσμού Ο Αξονικός Τομογράφος ευθύνεται για άνω του 65% της συνολικής δόσης ακτινοβολίας που δίδεται για ιατρική απεικόνιση. Νέες εφαρμογές σε πολυμορφικά συστήματα PET/CT MRI/CT US/CT

10 ΓΕΝΙΕΣ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ
Patient X-ray tube Detector 1η Γενιά (1971) Ένας ανιχνευτής Πηγή μονής, παράλληλης ακτίνας Χ Περιστροφή – μετακίνηση Χρόνος λήψης 1 τομής = 4.5 min 2η Γενιά (1974) Λεπτή δέσμη «βεντάλιας» (10°) Πολλαπλοί ανιχνευτές Καταχώρηση πολλών γωνιών για κάθε θέση Μεγαλύτερη γωνία περιστροφής (μετακίνηση ακόμα απαραίτητη) Χρόνος λήψης 1 τομής = 20 sec X-ray tube Detectors

11 ΓΕΝΙΕΣ ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ
Detectors X-ray tube 3η Γενιά (1977) Δέσμη βεντάλιας Πολλαπλοί περιστρεφόμενοι ανιχνευτές ( ) Περιστροφή μόνο Χρόνος λήψης 1 τομής = 5 sec X-ray tube Ring of Detectors 4η Γενιά (1980) Λεπτή δέσμη «βεντάλιας» Στατικοί ανιχνευτές (1200 – 4800) κατανεμημένοι σε 360°) Μόνο η λυχνία κινείται Αποφυγή σφαλμάτων τύπου «δακτυλιδιού) Χρόνος λήψης 1 τομής = 0.5 sec

12 ΕΠΙΠΛΕΟΝ «ΤΥΠΟΙ» ΑΞΟΝΙΚΟΥ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ
Ελικοειδής Αξονικός Τομογράφος (3ης & 4ης Γενιάς) Τεχνολογία Slip-ring Ελεύθερα περιστρεφόμενη λυχνία – κίνηση κλίνης Πολυτομικοί Αξονικοί Τομογράφοι (MultiSlice CT) Όμοιοι με τους Ελικοειδής Πολλαπλές σειρές ανιχνευτών Πολύ γρήγορη καταγραφή όγκου Αξονικοί Τομογράφοι Dual Source (Siemens) Χρήση δύο λυχνιών και δύο σετ ανιχνευτών ταυτόχρονα Μείωση της γωνίας περιστροφής Μικρός χρόνος ανακατασκευής εικόνας (επιτρέπει δυναμικές εξετάσεις μικρού χρόνου)

13 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Λυχνία ακτίνων Χ Σειρά ανιχνευτών

14 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Η περιστροφή δίδει πολλαπλές προβολές Συστοιχία ανιχνευτών (κεραμικά εμποτισμένα με σπάνιες γαίες και φωτοδιόδους) Λυχνία Ακτίνων Χ Λεπτή δέσμη («βεντάλια») Ασθενής (σταθερός)

15 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
30 20 10 ΛΥΧΝΙΑ 40 ανατομική δομή με σχετικό συντελεστή εξασθένισης Σχετική Εκθεση στον ανιχνευτή.

16 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Λυχνία Υπόθεση: Ο ασθενής αποτελείται από 4 pixels μόνο. Αν οι ακτίνες σάρωσης είναι 4 (2 κάθετες και 2 οριζόντιες) τότε μετρούμε ότι οι εξερχόμενες εντάσεις είναι π.χ. (αυθαίρετες τιμές) 15, 9, 13, 11. Ερώτηση: Είναι αρκετές αυτές οι 4 τιμές να προσδιορίσουν έναν και μοναδικό ασθενή ή χρειάζονται και άλλες μετρήσεις (σαρώσεις); ? ? 15 Λυχνία Ανιχνευτές ? ? 9 13 11 Ανιχνευτές

17 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Λυχνία Λυχνία 10 5 11 4 = 15 = 15 Ανιχνευτές Ανιχνευτές 3 6 2 7 = 9 = 9 18 16 13 11 13 11 Ανιχνευτές Ανιχνευτές

18 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
μ1 μ2 μ3 μ4 Ιd Ιc Λυχνία Ανιχνευτές Ι0 Ιa Ιb Ia = I0 e-(μ1+μ3)x Ib = I0 e-(μ2+μ4)x Ic = I0 e-(μ1+μ2)x Id = I0 e-(μ3+μ4)x X: μήκος πλευράς pixel I0: προσπίπτουσα ένταση ακτινοβολίας Ιa: Εξερχόμενη ένταση ακτινοβολίας μ: συντελεστής εξασθένησης

19 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
μ1 μ2 μ3 μ4 Ιd Ιc Λυχνία Ανιχνευτές Ι0 Ιa Ιb lnIa = lnI0 -(μ1+μ3)x lnIb = lnI0 -(μ2+μ4)x lnIc = lnI0 -(μ1+μ2)x lnId = lnI0 -(μ3+μ4)x

20 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
μ1 μ2 μ3 μ4 Ιd Ιc Λυχνία Ανιχνευτές Ι0 Ιa Ιb μ1+μ3 = [lnI0 – lnIa]/x μ2+μ4 = [lnI0 – lnIb]/x μ1+μ2 = [lnI0 – lnIc]/x μ3+μ4 = [lnI0 – lnId]/x

21 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ

22 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Κατασκευή Εικόνας από διαφορετικές προβολές

23 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Κατασκευή Εικόνας από διαφορετικές προβολές

24 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
HU ή CT Numbers Water = 0 Air = -1000 Bone = +1000

25 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ
Τομή Αξονικής Τομογραφίας

26 ΕΛΙΚΟΕΙΔΗΣ ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ
Λυχνία Ακτίνων Χ Συνεχής περιστροφή λυχνίας ενώ ο ασθενής κινείται διαμέσου της οπής του CT Κίνηση Τραπεζιού Ταχύτερη σάρωση από ότι ο απλός τομογράφος Ανιχνευτές

27 ΕΛΙΚΟΕΙΔΗΣ ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ
Travel = 10mm/rot Beam = 10mm Pitch = 1 Travel = 20mm/rot Beam = 10mm Pitch = 2

28 (Reconstruction Position)
ΕΛΙΚΟΕΙΔΗΣ ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ Ανακατασκευασμένη Τομή Αξονικής Τομογραφίας Θέση ανακατασκευής (Reconstruction Position) Γραμμική Παρεμβολή (Interpolation)

29 “Overlapping” reconstructions allow best z-axis resolution
ΕΛΙΚΟΕΙΔΗΣ ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ 3D “Overlapping” reconstructions allow best z-axis resolution

30 ΕΛΙΚΟΕΙΔΗΣ ΑΞΟΝΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ
Πλεονεκτήματα Ταυτόχρονη κίνηση κλίνης με συνεχή έκθεση (όχι σταμάτημα) Είναι δυνατόν Pitch > 1 Μεγαλύτερο μήκος λήψης με μία ανάσα Μείωση σφαλμάτων λόγω κίνησης 3D απεικόνιση με μεγαλύτερη ανάλυση κατά z-άξονα Μειονεκτήματα Μεγαλύτερο profile τομής (π.χ. 5mm w pitch=1  6.3mm slice) Η γραμμική παρεμβολή σε μικρές δομές ή σε δομές χαμηλής αντίθεσης είναι δυνατόν να μειώσει την ποιότητα της εικόνας (π.χ. εγκέφαλος) Μείωση της ανάλυσης για μεγάλα Pitches

31 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Διπλής Τομής Elscint 1991 Διπλάσια ταχύτητα για το ίδιο πάχος τομής Στενή διαμόρφωση δέσμης 2x 0.5mm Μεγαλύτερη κάλυψη ασθενούς για το ίδιο φορτίο λυχνίας

32 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Πολυτομικοί Τομογράφοι Εισήχθηκαν το 1998 Καταγραφή πολλαπλών τομών σε μία μόνο περιστροφή 4 τομές GE, Philips, Siemens, Toshiba (1998) 8 τομές GE (2001) 16 τομές GE, Philips, Siemens, Toshiba (2002) 32, 40, 64, 128 τομές …

33 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
2-slice τομογράφοι χρειάζονται μόνο δύο σειρές ανιχνευτών Το πάχος τομής καθορίζεται από τα διαφράγματα 4-slice τομογράφοι χρειάζονται παραπάνω σειρές ανιχνευτών 8-34 σειρές Το πάχος τομής καθορίζεται από τα διαφράγματα και από ηλεκτρονικούς διακόπτες

34 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Ανιχνευτές Αξονικών 4-τομών

35 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Ανιχνευτές Αξονικού 16-τομών

36 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Recommended by the IEC

37 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Ανακατασκευή Τομής

38 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
ASSR αλγόριθμος Ανακατασκευή Τομής Χρησιμοποιείται από την Siemens

39 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Feldkamp αλγόριθμος Ανακατασκευή Τομής Χρησιμοποιείται από την Toshiba

40 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Ίδια καταχώρηση πληροφορίας σε μικρότερο χρόνο Λεπτές τομές δίνουν καλύτερη ανάλυση στον Ζ-άξονα Σκανάρονται μεγαλύτεροι όγκοι στο ίδιο χρόνο

41 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
ΤΑΧΥΤΗΤΑ Καλύτερη κάλυψη σε «μία ανάσα» Μειώση σφαλμάτων λόγω κίνησης Καλύτερη χρήση σκιαγραφικού Μικρότερη ανάγκη αναισθησίας σε παιδιατρικούς ασθενείς 500mm se 16sec 4x2.5mm slices, pitch 1.625

42 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
ΙΣΟΤΡΟΠΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ Ισοτροπική ανάλυση σε όλους τους άξονες  καλύτερη 3D απεικόνιση Σφάλματα τύπου “stair-step” εξαλείφονται  καλύτερος χαρακτηρισμός δομών Παραγωγή μεγάλου αριθμού εικόνων

43 ΠΟΛΥΤΟΜΙΚΟΙ ΑΞΟΝΙΚΟΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΙ
Πόσες τομές 1mm σε 30sec scan time ?