Transcript Bilgisayar Tomografi fiziği 2

BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ
FİZİĞİ
II
Dr. Kayıhan Akın
1 Radyolojik Görüntüleme Fiziği
Konu: Bilgisayarlı Tomografi Fiziği (6 saat)
2 Radyolojik Görüntüleme Yöntemleri
a) Konu: Floroskopik teknikler ile indirekt radyografilerde
(özefagus, mide, duodenum, ince barsak vs.) çekim teknikleri ve
uygulama (3 saat)
b)Konu: Film kalitesi (doz, pozisyon) (3 saat)
3 Kontrastlı Radyoloji
Konu: Myelografi, özefagus, mide, duodenum, ince barsak ve
kolonun kontrastlı incelemesi (3 saat)
4 Radyografi ve Banyo Teknikleri
Konu: Servikal, torakal, lomber vertebra, sakrum ve koksiks
radyografisi (6 saat)
Spiral(Helikal) BT: 1980’lerin sonunda kullanılmaya
başlandı.
Birçok firma gantriye slip-ring teknolojisi ekleyerek X ışını
kaynağı ve dedektörlerin sürekli rotasyonu sırasında hastanın
eş zamanlı olarak sabit bir hızda gantry içine doğru hareketi
sağlamışlardır. Böylece bilgiler kesintisiz elde edilir. Kesitler
arası bekleme olmadığından kapsama oranı masanın hızına
eşittir. Bu şekilde kısa sürede gerçek bir hacimsel tarama
yapılmış olmaktadır. Torakal veya abdominal bölgelerin
incelemeleri tek nefes tutmada yapılabilmektedir. Cihazlara
bu etkinliği kazandıran slip-ring gantry teknolojisi, artmış
dedektör etkinliği ve tüp soğutma kapasitesidir.
Bu teknik ile Bt uygulamalarının kalitesi yükselmiş ve yeni BT
uygulamaları ortaya çıkmıştır. Bunlara örnek olarak dinamik kontrastlı
çalışmalar, 3 boyutlu görüntüleme sanal endoskopi ve Bt anjiografi
verilebilir.
Slip-ring Gantri:
Çok sayıda paralel dönen halka vardır. Halkalara bağlı hareketsiz fakat
kayan değme noktaları ve multipl elektrik iletken fırçalar bulunur. Bu
yolla sürekli X ışını oluşması ve sürekli masa hareketi sağlanmıştır.
Yüksek voltaj Güç Kaynağı:
BT X ışını tüpleri 80-140 kV arasında çalışırlar.
X ışını tüpü:
Sabit mAs da çekim zamanı kısaldıkça tüp ve jeneratör için güç
gereksinimleri orantılı olarak artar. Spiral BT’de tüp ve dedektör
aparatının 360 derece dönüşü için gerekli zaman 1 sn’dir. Konvansiyonel
BT’de tüpün soğuması kesitler arasındaki duraklamalarda olmaktadır.
Ancak spiral cihazlarda tüpün soğumasına imkan vermeden 60 sn’ye
kadar sürekli dönüş yapması gerekebilmektedir. Bu mAs değeri
düşürülerek tolere edilmişse de özellikle şişman hastalarda, bu düşük mAs
gürültünün artmasına neden olmuştur. Bu da enerji dağıtım oranı yüksek
tüpler, yakalama kapasitesi yüksek geometrik etkinliği arttırılmış
dedektörler ile aşılmaktadır.
Spiral BT' de görüntü kalitesini etkileyen faktörler: Önceki BT
cihazlarında olduğu gibi
Gantry açısı, kesit kalınlığı, görüntü alanı,kV, matriks, rekontrüksiyon
aralığı gibi parametreler ayarlanır. Ek olarak spiral BT’lerde masa hızı
dolayısıyla pitch de belirlenir.
Pitch: X ışını tüpünün hasta etrafında 1 tam dönüş yaptığı sürede masanın
ilerleme uzaklığının kesit kalınlığına bölünmesidir. Saniyede 10 mm hızla
hareket eden masada, kesit kalınlığı 10 mm seçilirse pitch 1 olur. Daha
fazla alanı taramak için pitch artırılır. Ancak rezolüsyon kaybı oluşur.
Tek bir spiral taramada taranacak alanı belirleyen faktörler kolimasyon,
pitch ve tarama süresidir. En geniş tarama alanı kalın kolimasyon büyük
pitch uzun tarama süresiyle sağlanır. Ancak taranacak alan genişledikçe
zaman uzamasına bağlı olarak sn başına düşen foton sayısında azalma ile
lezyon saptama yeteneğinde azalma olur. Bu nedenle parametreler uygun
olarak seçilmelidir .
Radyasyon Dozu:
kV ve mAs’a bağlıdır. Spiral BT’de sürekli tarama yapıldığından X ışını
tüpünün gücü (yani uygulanabilir en yüksek mAs değerine çıkılması)
konvansiyonel BT’ye göre daha kısıtlıdır. Bu kısıtlama 24 sn ve
üzerindeki taramalarda belirgin olarak karşımıza çıkmakta ve gürültü artışı
ile sonuçlanmaktadır. Ancak bu durum genel olarak piral BT deki
radyasyon dozunda azalmaya neden olmaktadır. Aynı mAs değeri ve
Pitch 1 olduğunda iki yöntem arasındaki doz birbirine eşittir. Pitch’in 1
den büyük olduğu durumlarda ise spiral BT’de radyasyon dozu azalır.
Spiral Taramanın Özelikleri: Bu yöntemin adının spiral olmasının nedeni
X ışınının hasta çevresinde izlediği yörüngenin spiral olmasındandır.
Spiral BT tekniğini konrol eden iki parametre vardır.
a) kolimatör genişliği: Geometrik çözümleme üzerine en fazla etkisi olan
parametredir. Kesit kalınlığının artması aha fazla X ışını salınımına (yani
azalmış gürültü ve daha fazla kontrast duyarlılığına ) neden olur. Ancak
kesit kalınlığının arttırılması ile parsiyel volüm hataları ve hareket
artefaktları da artmaktadır.
b) masa hareketi: masa hareketi arttıkça taranacak alanın genişliği artar.
Spiral BT’nin Konvansiyonel BT’ye üstünlükleri:
Üstüste binmiş görüntüler daha kaliteli 3 boyutlu görüntüleri
sağlar. Ayrıca bu görüntüler küçük lezyonların saptanmasını
kolaylaştırır. Tetkikin tek nefes tutumunda yapılabilmesi
özellikle akciğerdeki küçük lezyon saptanmasını arttırmıştır.
İnceleme süresinin kısa olması BT anjiografi tetkikileri
yapılabilir.
Spiral BT'de sınırlamalar:
Abdomenin spiral incelemesinde en büyük dezavantajı mAs
sınırlamasıdır. Tarama süresi arttıkça mAs düşmektedir. mAs
düşüklüğü görüntünün daha granüler olmasına neden
olmaktadır. Bunun nedeni hem interpolasyon işlemi hem de
tüpün sürekli çalışma ile ısınmasına bağlıdır. Spiral BT'deki
longitudinal çözümlemedeki azalma SSP'nin genişlemesine
bağlıdır. Sonuçta değişen derecelerde prasiyel volüm
artefaktları oluşur ve pitch arttıkça artar. Bu etki 180 derece
interpolasyon algoritmleri kullanılması ile en aza indirilmiştir.
Spiral BT’deki rekonstrüksiyonun uzun zaman almasının
nedeni bu interpolasyondur.
Diğeri bir dezavantaj da fazla miktarda kesitin tuttuğu yer ve
dolayısıyla sık arşivleme ihtiyacıdır.
MULTİDEDEKTÖR (multislice) BT:
BT teknolojisinde ulaşılanan son noktadır. Çekim olarak
spiral bt den farklı değildir. MDBT'nin avantajı hastanın
longitudinal aksı boyunca(z ekseni) 2 veya daha çok sayıda
dedektör dizilimi ile donatılmış olması, X ışını
kolimasyonunun genişletilebilmesi ve bunların sonucunda
masa hızının arttırılabilmesidir. X ışını tüpü ve dedektörler
hasta etrafında 360 derece dönmektedir. MDBT'lerde
rotasyon zamanı 1 sn nin altına inmiş olup bu hareket
artefaktlarını azaltmış, 1 nefes tutmada taranabilecek hacim
miktarını arttırmıştır. Ancak rotasyon zamanının kısalması
gerrekli X ışını miktadını artırmış bu da tüp soğutma
kapasitenin önemini arttırmıştır.
Dedektör Geometrisi:
Mdbt'lerde dedektörler çok sayıda dedektör dizisinden oluşturulmuş iki
boyutlu bir yapıdır. 3 tip dedektör tipi mevcuttur.
Paralel sıralanmış eşit genişlikteki dedektör dizilerine matriks dedektör
denir.
Santralden perifere doğru genişleyen dedektör dizilerine ise adaptif
dedektör denir.
İki dedektörün birlikte kullanılması ile hibrid dedektör denir. Hibrid
dedektörlerde dedektör dizisi santralinde eşit kalınlıkta ince dedektör
dizisi kullanılırken kenarlarda eşit kalınlıkta daha geniş dedektör dizileri
içerir.
Sistemde minimum kesit kalınlığını belirleyen unsur en küçük dedektör
elemanının z eksenindeki kalınlığıdır. Bu aşamada en ince dedektör dizi
kalınlığı 0,5 mm'dir. Yani bu kalınlıkta kesit alınabilmektedir.
Sistemde kesit kalınlığı ve birbirleri ile birleştirilebilen kesit
sayısı ışın kolimasyonu dedektör sinyallerinin elektronik
olarak toplamı ile oluşturulmaktadır. Örneğin her dedektör
sırasının 1.25 mm olduğu 16 sıralı matriks tip dedektörle
dedektör sıralarının farklı kombinasyonlarını seçerek (4x125
mm, 4x2,5 mm, 4x3,75 mm, 4x5 mm gibi) değişik kesit
kalınlıklarında görüntü elde edilir. Ancak 16x1,25 mm kesit
alınmak istendiğinde dedektörün santraline ışınlar dik
gelirken dedektörün dış kanallarına belli bir açıyla ulaşırlar ki
bu görüntülerde distorsiyona neden olmaktadır. Işının
dedektöre ulaştığı açıya cone açısı denir. En dış dedektör
dizisinin 1,25 mm genişliğe sahip klduğu durumda 16x1,25
mm kesit alınması ile bu dedektör dizisinden gelen
görüntünün efektif kesit kalınlığı 3 mm'ye ulaşmaktadır.
Pitch: Spiral BT’de pitch faktörü tüpün tam bir rotasyonu süresinde masa
hızının kesit kalınlığına oranı olarak ifade edilir. Çoğu incelemede 1-2
arasındadır. (P=masa hızı/kesit kalınlığı)
İncelemelerde pitch değeri arttıkça taranabilecek alan miktarı artmakta
ancak görüntü kalitesi azalmaktadır.
Görüntü rekonstrüksiyonu:
Konvansiyonel spiral BT ‘lerde X ışınının dedektöre açılı gelmesi (cone
açısı) neden ile aretfaktlara yol açabilmektedir. Bunun engellenmesi Zfiltre algoritması kullanılır.
Görüntü kalitesi:
MDBT’de 4 ve altında pitch tercihi spiral BT’de elde edilen görüntülerle
eşit kaliteye sahiptir. MDBT’lerde gürültü oranı spiral BT’lerden
düşüktür. Düşük pitch gürültüyü azaltır.
Radyasyon dozu:
Çekim parametrelerinin görüntü kalitesini bozmayacak şekilde
ayarlanması ile spiral BT’den farklı değildir.
MDBT’lerde pitch 1’in altında iken üstüste binen kesitler nedeni ile
radyasyon dozu artar, ancak bu durumlarda effektif mAs azaltılması ile
eşit sinyal-gürültü oranına sahip görüntüler elde edilebilir.
MDBT’nin avantajları:
En önemlisi tarama hızındaki artıştır. Bu da gantry rotasyon süresinin
kısalmasına ve pitch faktörünün artışına bağlıdır. 4 dedektörlü MDBT
konvansiyonel spiral BT’ye göre 4-8 kat hızlı tarama yapabilmektedir.
Artan tarama hızı daha fazla vucut kesiminin daha hızlı incelenmesini
sağlar. Toraks yada abdomen incelemeleri tek nefes tutulmasında (5-10
sn) yapılabilmektedir. Bu da hastaya bağlı hareket artefaktlarını en aza
indirir. Travmalı hastalarda genel vucut taraması yapılabilir. Pediatrik
grupta, bilinci açık olmayan hastalarda inceleme süresinin azalması da
önemlidir.
BT anjiografilerde hızlı çekim verilmesi gereken kontrast madde miktarını
azaltır.
İnce kesit alınması 3 boyutlu rekonstrüksiyonlar ile değerlendirmeyi
kolaylaştırır ve iyileştirir.
Karaciğer, pankreasta arteriyel ve portal venöz fazların
incelemeleri tek nefes tutma süresinde gerçekleşmektedir.
Hatta karaciğerde tek nefes tutma süresinde iki kez üstüste
arteryel faz alınabilmekte bu da erken dönem karaciğer
kanserlerinin saptanmasını artırmaktadır.
Artmış tarama hızının solunum ve barsak hareketlerinden
kaynaklanan artefaktları bertaraf etmesiyle birlikte yüksek
uzaysal rezolüsyon la geniş hacimlerin taranabilmesi sanal
endoskopiye olanak sağlamaktadır.
Koroner arterlerde stenoz varlığının belirlenmesinde
plakların görüntülenmesi kalp kasının kanlanmasının
değerlendirilmesinde kullanılır.
Akut inmeli hastalarda rutin patolojinin belirlenemediği ilk 6
saatte MDBT ile serebral kan akımının değerlendirilerek tanı
konması mümkündür.
MDBT’nin dezavantajları:
Özellikle near isotropikgörüntüleme tercih edildiğinde elde
edilen veri miktarında ileri derecede artış olmaktadır. 4x1
kolimasyonda yaklaşık 60 cm uzunlukta toraks-abdomen
incelemelerinde kesitlerin üstüste binmesine bağlı olarak 500800 görüntü olmaktadır. Aorta ve periferal arterlerin BTA
incelemesinde 1000 civarında görüntü elde edilmektedir.
Bu kadar görüntünün incelenmesi ve saklanması sorun
oluşturmaktadır.
3 boyutlu rekonstrüksiyonlar sorunu kısmen çözer. Bunlar;
multiplanar reformasyon (MPR), maximum intensity
projection (MİP), shaded surface display (SSD) ve volume
rendering (VR) teknikleridir.
BT de görülen artefaktlar:
1. Bt fiziğinin bir sonucu olarak gelişenler:
a. Parsiyel volüm etkisi: Bt nin veri elde etme tekniğinden kaynaklanan bir
artefaktdır. Voksel içinde tek bir dokunun varlığı durumunda, vokselin
piksele yansıttığı X ışını atenüasyon değeri tamamiyle o dokunun
atenüasyon değeri ile uyumlu olacaktır. Eğer bir doku voksel volümünü
tamamen doldurmuyorsa, aynı voksel içersinde diğer dokularla birlikte
ortalama dansitesi alınarak piksellere yansıtılacağından yoğunluğu
gerrçeğinden farklı olarak ölçümlenecektir. Örneğin ilgili voksel içinde
biri +10 diğeri + 70 HU değerinde ve eşit kalınlıkta iki farklı doku
bulunuyor olsun. Bu durumda eşit hacimlerdeki her iki doku dansitesi
toplanarak 80 HU nun ortalaması alınarak pikseldeki karşılığı 40 HU
şeklinde, her iki dokunun atenüasyon değerlerinden farklı olarak
saptanmaktadır. Bu parsiyel volüm etkisidir. Tamamen önlemek mümkün
değildir. kesit kalınlığı azaltılarak ve mAs değerinin artırılması ile kısmen
önlenebilir.
Ring artefaktı:
Dedektör dengesizlikleri ve bozukluklarının oluşturduğüiu bir artefaktdır.
X ışının yoğunluğundaki küçük oynamalar hassas şeklide kalibre
edilmemiş dedektörlerr tarafından algılanamaz. Bu durumda dedektörler
radyasyon sinyali olmadığı halde varmış gibi yada yüksek X ışını
yoğunluğundan doyarak artmakta olan intensiteye yanıt vermemek gibi
yanlışlıklara düşmektedir.
Streak artefaktı:
Yüksek contrast yoğunluğuna sahip metal, amalgam diş dolgusu, metalik
klip ve kurşun gibi cisimlerin kenarlarında gelişen ışınsal tarzda
artefaktlardır. Yüksek dansiteli cismin, X ışınını transmisyonunu ve
dedektörlere ulaşmasını engellemesi nedeniyle bu bölgeden hiç kayıt
yapılamamakta ve imajda cismin etrafında ışınsal çizgilenmeler ortaya
çıkmaktadır.
Obje hareketi ile gelişen artefaktlar:
Kesitlerin alımı sırasında, objenin hareketi, incelenen
anatomic bölgeyi değiştirerek elde edilen verilen arasında bir
devamsızlık ve tutarsızlığın ortaya çıkmasına yol açmaktadır.
Veriler arasındaki bu tutarsızlık, rekonstrüksiyon sonrasında
görüntü üzerinde hareket yönü doğrultusunda birbirine
parallel çizgiler şeklinde görülmektedir. Hareket artefaktları
kesit alımının daha uzun sürede gerçekleştiği sistemlerde
oldukça büyük sorunlar yaratırken yeni teknolojik
iyleştirmelerle çok kısa zaman dilimlerinde kesit alabilen BT
cihazlarında ihmal edilebilecek düzeylere inmiştir.