Transcript Bilgisayar Tomografi Fiziği

BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ
FİZİĞİ
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)
Tanım:
Tomografi vücuttan kesit şeklinde görüntü almaktır. 1963 yılında üzerinde
çalışılmaya başlanmış, 1967'de ilk klinik çalışmalar yapılmıştır. Bilgisayarlı
tomografide kesitsel görüntü bilgisayar yardımı ile elde edilir. Bilgisayarlı
tomografide görüntü elde etmek için X ışınını kullanılır.
X ışını kolimasyon adıverilen yöntemle ince bir demet haline getirilir. Daha sonra
hastadan geçirilen X ışınları diğer uçta bir dedektör zincirine ulaştırılır. X ışını
hasta vücudundan geçerken absorbsiyon nedeniyle başlangıcına göre daha
zayıflamış durumdadır. Dedektörlerde saptanan bu zayıflama derecesi
bilgisayarlarca değerlendirilir.
X ışını yüksek mAs ve kV değerlerinde devamlı yada kesintili tarzda üretilir.
Konvansiyonel spiral BT ve MDBT de X ışını üretimi
süreklidir. BT tüplerinde genellikle birden fazla fokal spot bulunur. Küçük fokal
spot kullanımı detay artırıcı etkiye sahiptir. BT tüplerinde konvansiyonel
radyografi tüplerinden daha büyük filament kullanılır. X ışını kolimatörleri 2
yerde bulunmaktadır. Biri X ışını tüpü içinde olup çekimde kullanılacak kesit
kalınlığının ayarlanmasında kullanılır. Hasta sonrası kolimatörler ise dedektörlerin
üzerine yerleştirilmiş olup ışının dedektöre ayarlanan genişlikte ulaşmasını
sağlarken , hastadan saçılan fotonları engeller.
Bt aygıtının bölümleri:
3 ana üniteden oluşur.
Tarayıcı: hasta masası ve gantriden oluşur. Gantri içerisinde tüp ve dedektör
sistemi bulunur. Bt de kesitsel görüntünün oluşturulması için tüpten çikan X
ışınları kolime edilerek yelpaze şeklinde bir demete dönüştürülür.
Dedektör: Hastayı geçen X ışınlarının yolu üzerine yerleştirilirler. Dedektörler
Xenon gazı içerirler. Dedektörlere ulaşan X ışınları Xenon gaz atomlarında
iyonizasyona yol açar.
BT nin gelişim evreleri:
1. jenerasyon:
Tek dedektör vardı. X ışınları da bu tek dedektörü görecek şekilde ince bir çubuk
şeklinde ayarlanmıştı. Tüp ve dedektör hasta çevresinde 180 derece dönerek
çalışıyordu.
2. jenerasyon:
Işın demeti ve dedektör sayısı artırıldı. 1 er derece farkla dizilmiş 3 X ışını demeti
ve bunları gören 3 dedektör vardı. İnceleme süresi önemli ölçüde azaldı.
3. Jenerasyon:
Kolime edilmiş X ışını demeti yelpaze şeklinde olup karşısında 300-600 tane
dedektör vardı. Bu jenerasyona kadar sadece beyin bt yapılırken bu jenerasyon ile
diğer çekimlerde yapılmaya başlandı. Bu jenerasyon ile dönüş açısı da 360
dereceye çıktı.
4. Jenerasyon: Rotate-stationary sistemi kullanılıyor.
Gantri boşluğunu 360 derece çevreleyen çok sayıda dedektör vardır. Dedektörler
sabit olup hasta çevresinde sadece X ışını tüpü döner.
Helikal BT adı verilen ve tüp hareketi ve tüpün enerjisinin bir ray sistemi ile
sağlandığı slip-ring sistemler 3. ve 4. jenerasyonda kullanılmaktadır.
Sürekli X ışını üretebilen tüplerin kullanılması ve hasta masasının sürekli hareketi
ile hastadan alınn kesitler hacim incelemesi şeklinde olmaktadır
5. Jenerasyon: Ultrafast Bt olarak da adlandırılır.
Tüp ve dedektör hareketi ortadan kaldırılmıştır. Gantri boşluğu anot halkası ile
çevrelenmiştir. Dönüş hareketi yapan X ışını tüpü ve gantri yerine güçlü 4
Tungsten hedef anodlu elektron ışınına bırakmıştır. Elektron demeti sistem
içerisinde hızlandırılarak koiller yardımıyla hasta etrafında dönen tungsten anod
üzerine düşürülmektedir. Anoddan yelpaze şeklinde X ışını elde edilmektedir.
Bilgisayar:
Tarayıcıdan gelen bilgiler burada birçok matematiksel işlemden geçirilir.
Sonuçlar tarama alanını temsil edecek sayılardan oluşmuş haritaya dönüştürülür. Bu işlem
rekonstrüksiyondur. Oluşan haritada cihazdan cihaza değişen sayıda rakamsal bileşen vardır.
256x256, 512x512 yada 1024x1024 olarak ifade edilir.
BT de her bir vokselde hesaplanan X ışını zayıflatma değerini standart bir değer ile belirtmek
amacıyla Hounsfield skalası olarak adlandırılan bir referans sistemi kullanılmaktadır.
Bu skalada X ışını atenüasyon değeri -1000 ve 1000 arasındadır (yani 2000 birim içerisinde )
Buna göre su atenüasyon değeri 0
hava için – 1000
kemik için 1000 olarak kabul edilmiştir.
Yağ dokusu - 60 ile -200 arasında, diğer yumuşak dokular 30-100 arasında değerler
alır.
Bilgisayarda elde edilen bu sayısal harita görsel olarak bir anlam ifade etmez. Bu verilerin
görüntü olarak tekrar değerlendirilmesi gerekir.
Pencere genişliği: Monitörde incelenecek yapının, diğer
yapılardan optimum ayrıma amacıyla gri ton başına düşen
doku yoğunluğunun sayısının değiştirilmesine yönelik
elektronik bir ayardır. Monitör ve herbir BT kesidinde 1000
ile –1000 arasındaki değişen gri skalada seçilen dansite
aralığının üst ve alt sınırını işaret eder. Pencere genişliği
daraltıldıkça gri ton başına düşen absorbsiyon farklılığı yani
doku sayısı azalmakta ve görüntülerde yüksek kontrast
sağlamaktadır. Ancak dar pencere seçimi pencere alanı
dışında kalan oluşumların yetersiz değerlendirilmesi yada
gözden kaçırılması açısından tehlikelidir. Geniş pencere
genişliği seçildiğinde gri ton başına düşen doku sayısı
artacağından inceleme alanı oldukça homojen görünecektir.
Buna bağlı olarak küçük dansite değişikliklerinin saptanması
zorlaşacak dolayısıyla kontrast rezolüsyon azalacaktır
Görüntüleme Ünitesi:
Sayısal haritanın görsel ürüne dönüştürüldüğü bölümdür. Burada harita elemanlarının her birine
sahip oldukları rakamsal değerlere bakılarak gri tonlardan bir kod verilir. Bu tonlama ile siyahtan
beyaza kadar değişen noktacıklar içeren bir resim oluşur. İşte resmin bu en küçük elemanı olan
bu noktacıklara piksel, resimdeki piksel sayısını belirten, noktacıkların ve çizgilerin bileşiminden
oluşan örgüye de matriks denir.(256x256, 520x520 gibi)
Piksel (picture element) resim elemanı demektir. Pikseller seçilen kesit kalınlığına bağlı olarak
voksel denen bir hacime sahiptir ve voksel organizmayı geçen X ışınının atenüasyonunu gösteren
sayısal bir değer taşır. Bilgisayarda izlediğimiz görüntü kodlama kriterleri değiştirilerek
(windowing=pencereleme) görüntü kolayca değiştirilebilir. Pencerelemeden amaç siyahtan
beyaza kadar yaklaşık 20 tonu ayırt edilebilen normal insan gözünün Hounsfield skalasındaki 1000,+1000 aralığında istediği oluşumları seçebilmesini sağlamaktır. Sistem X ışını zayıflatma
değeri en yüksek piksellere beyaz rengi kodlar, azalan değerleri giderek daha koyu gri tonlarla
renklendirir ve en düşük değerleri siyaha boyar. Pencerelemede birisi pencere genişliği (window
widht) diğeri pencere seviyesi (window level) olmak üzere ayarlanabilen 2 parametre vardır.
Pencereleme genişliği bizim görmek istediğimiz oluşumların HU
değerlerini içine alıp ilgilenmediklerimizi dışarıda bırakacak şekilde
seçilen bir HU skalası bandıdır. Bu durumda sadece seçtğimiz bant
içerisinde kalan HU değerleri gri bir renk tonu alırken bandın dışında
kalan HU değerleri ya beyaz yada siyah renk ile boyanırlar.
Pencere seviyesi ise seçtğimiz pencere genişliğinin orta noktasıdır.
BT görüntüsü ve görüntü üzerindeki işlemler:
BT ile vücuttaki dansite farklılikları ortaya koyarken rezolüsyon kavramı
kullanılmaktadır.
İki noktayı ayırt edebilme yeteneğidir. 3 tip rez vardır.
Boyutsal(geometrik-uzamsal)
Kontrast(dansite-yoğunluk)
Zamansal(temporal)
Zamansal rezolüsyon BT ile ilgili olmadığından diğerlerinden
bahsediyoruz.
BTde görüntü karakteristikleri:
Bt görüntüleri piksel adıverilen resim elemanlarının oluşturduğu bir matriksden
ibarettir.
Boyutsal(geometrik-uzamsal) rezolüsyon:
Birbirine komşu iki en küçük yapının ayırtedilebilme gücüdür.Piksel boyutlarının
küçültülmesi görüntüde daha çok nokta olmasını sağlayacak,diğer taraftan voksel
boyutlarının küçülmesi
anlamına da geleceğinden boyutsal rez. artacaktır. Bunu sağlamak için tüpün fokal
spotu, kesit kalınlığı ve FOV azaltılır. Ancak bu işlemler noise(gürültü,parazit) denen
diğer bir faktörü ortaya çıkarmaktadır. Voksel boyutlarının küçültülmesi halinde X ışını
dozu sabit kalıyorsa dedektörde voksel başına daha az X ışını fotonu saptayacağından
bilgisayara ulaşan veri miktarı azalacaktır. Bu da voksel bilgisinin doğruluğunu azaltır.
Voksel bilgisinin doğru ölçülememesi de noise artışı anlamına gelir.
Kontrast rezolüsyon:
Birbirinden farklı X ışını zayıflatması gösteren dokuları ayırt etme
yeteneğidir. Noise artışı voksel HU cinsinden değerlerinde belirsizlik
oluştururken birbirine komşu piksellerin renk değerlerine yansımaktadır.
Bu nedenle noise seviyesinin artması görüntünün kaba ve grenli olmasına
yol açar. Yani kontrast rezolüsyon azalır. Kontrast rezolüsyonu artırmak
için noise azaltılmalıdır. Noise ise X ışını foton sayısı yani X ışını dozu
yükseltilerek yada kesit kalınlığı artırılarak azaltılabilir. Birlikte boyutsal
rezolüsyon artırılması da isteniyorsa kesit kalınlığı düşük tutulurken X
ışını dozu yükseltilmelidir.
BT cihazlarında birçok parametre üreticiler tarafından değiştirilemeyecek
şekilde ayarlanmıştır.
kV sabit tutulmaktadır. X ışını dozu mAs da yapılacak ayarlamalarla
değiştirilebilir. FOV'un küçültülmesi genellikle fokal spotun küçültülmesi
ile mümkündür. Bu iki faktörün birlikte kullanması boyutsal rezolüsyonu
artırır. Ancak küçük fokal spot X ışını dozunu sınırlayan bir faktördür.
Bu nedenle büyük FOV kulanılan abdomen, toraks gibi bölgelerde
kontrast rezolüsyonu sınırlandırıcı etkisinden dolayı küçük fokal spot
kullanılamaz.
Bt de filtreler görüntülerin optimizaszsyonu için kullanılan noise önleyen
görüntü nertliğini ve kenar keskinliğini düzenleryen mekanizmalardır.
1. Soft filtreler: kontrast rezolüsyonunu artırmak için kullanılır.
2. Sharp filtreler: Geomertrik rezolüsyonunu artırmak için kullanılır.
Yüksek rezolüsyonlu BT:
Yüksek matriks, ince X ışını kolimasxyonu, küçük görüntüleme alanı, yüksek
geomertrik rezolüsyonlu rekonstrüksiyon ile günümüzde akciğer parankimal
hastalıklarının teşhisi amacıyla kullanılır. Sharp filtrelerin kullanılması noise
oranını da artıracağından bunu azaltmak için doz faktörlerinden kV ve mA
değerleri artırılır.
.