FYSICA CT (MTVB18FYSCT)
Minor PCM
Hanzehogeschool Groningen
Schooljaar 2020-2021
,Wat wordt er behandeld in dit document?
Les Onderwerp
De basis
coMOct1
Samenvatting college en antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Beeldopbouw
coMOct2
Samenvatting college en antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Beeldresoluties
coMOct3
Samenvatting college en antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Stralingsdosis
coMOct4
Samenvatting college en antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Artefacten
coMOct5
Samenvatting college en antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Protocollering
coMOct6
Samenvatting college
Nieuwe ontwikkelingen
coMOct7
Samenvatting college
,coMOct1; de basis
Principe werking CT
Principe CT-scan; acquisitie (verkrijgen van samples; verzwakkingsprofielen meten) → reconstructie
(herstellen) → beeld.
Onderdelen CT-scanner:
- Power Distribution Unit = zorgt voor hoogspanning (elektronen wegschieten).
• De CT-scanner gebruikt krachtstroom, 380 V. In de Power Distribution Unit wordt dit
alvast omhoog getransformeerd naar rond de 800 V.
- Gantry = kast/opening.
• Transformatoren = zorgen voor een verdere opwaardering van het Voltage.
o De verdere opwaardering van het Voltage wordt maximaal +70 kV en -70 kV. Dit
geeft dus een potentiaalverschil, oftewel een spanningsverschil van 140 kV. Dit is
ook het aantal kV wat een CT-scanner maximaal aan kan.
o Bevinden zich op de kathode en de anode.
• Röntgenbuis (kunnen ook meerdere zijn).
• Detectoren.
o De detectoren bestaan tegenwoordig uit GOS (gadoliniumoxysulfide), CsI
(cesiumjodide) of Xenon. De GOS-materialen hebben een groot dynamisch
bereik, een hoge primaire snelheid (snelle reactie op een inslag) en een korte
dode tijd (snel klaar voor een volgende meting).
• DAS = Digitaal Acquisitie Systeem; zorgt voor de analoog naar digitaal conversie (analoge
lichtsignaal vanuit een detector element wordt dus omgezet in een elektronisch signaal).
o Elke detector heeft zijn eigen DAS, dus er zijn meerdere. Het signaal moet zo snel
mogelijk gedigitaliseerd worden, waardoor de DAS zich direct achter de detector
bevindt.
- Patiënten tafel.
- Reconstructor = computer.
- Operator Console = bedieningsknoppen bovenin toetsenbord van de computer
(startknoppen en stopknoppen voor toedienen straling).
CT gebruikt gemiddeld hogere buisspanningen dan de röntgen. Bij deze hogere buisspanningen is het
verschil in efficiëntie tussen CsI en GOS kleiner, maar GOS is vooral sneller (minder afterglow, je kan
per seconde meerdere samples nemen).
In de figuur is de gevoeligheid van de verschillende
detectormaterialen weergegeven. Bij toename van de
buisspanning neemt de gevoeligheid van de
verschillende materialen flink af. Echter, op een bepaald
moment vindt het foto-elektrisch-effect plaats (energie
in de K-schil wordt bereikt). De gevoeligheid neemt
hierdoor weer enorm toe. Het is daarom van belang om
over zoveel mogelijk fotonen te beschikken die de
energie van het foto-elektrisch-effect kunnen bereiken,
want deze kunnen heel goed geabsorbeerd worden
door elektronen uit de K-schil.
Historie
Eerste prototype scanner was van Hounsfield. Hij gebruikte een gamma-bron en het duurde maar
liefst 9 dagen om voldoende metingen te verkrijgen. Daarnaast duurde het 2,5 uur om de beelden te
reconstrueren. Deze reconstructies waren wel iteratief.
,4 generaties:
- Eerstegeneratiecanner; pencil beam.
• Deze scanner werkt volgens het translatie-rotatie-principe. De enkelvoudige detector en
de röntgenbuis maken 2 verschillende bewegingen; translatie, een parallelle beweging
langs het object (160 maal), daarna rotatie, een draaiing om het object van 1°, daarna
weer translatie, enz.
• De röntgenbuis geeft een zeer smalle bundel (pencil beam) af.
- Tweedegeneratiescanner; partial fan beam.
• Deze scanner werkt ook volgens het translatie-rotatie-principe, maar hierbij wordt
gebruik gemaakt van lineair array (lineaire detectorrij; aantal naast elkaar geplaatste
detectorelementen). Doordat een groter deel van het object doorstraald wordt hoeven
er minder translaties uitgevoerd te worden. Ook vinden er minder rotaties plaats.
• De röntgenbuis geeft een kleine divergerende bundel (partial fan beam) af.
- Derdegeneratiescanner (huidige generatie); fan beam.
• Deze scanner beschikt over een grote boog (curved detector array) van enkele
honderden detectoren. De röntgenbuis roteert tezamen met de detectorboog rondom
het object. Gedurende deze 360° rotatie worden vele honderden projecteren verkregen.
• De röntgenbuis geeft een volledige divergerende bundel (fan beam) af.
• De huidige scanners zijn allemaal van de fan beam generatie.
• Een nadeel aan deze scanner is dat als een detector kapot is, dit een ringartefact op je
beeld geeft.
- Vierdegeneratiescanner; fan beam met vaste detectorring.
• Deze scanner werkt alleen met een roterende buis, dus geen roterende detectorboog. Er
is een stationaire detectorring van 360° aanwezig (röntgenbuis binnen/buiten de
detectorring).
• Waarom wordt deze generatiescanner niet meer gebruikt?:
o Systeem met de röntgenbuis buiten de detectorring vereiste een kanteling van
de ring. Mechanisch gezien was dit moeilijk te fabriceren.
o Prijs enorm hoog (detectoren zijn een van de duurste gedeelten van een CT-
scanner).
,EBCT = Electron Beam Computed Tomography; elektronenbundel wordt gefocusseerd en gestuurd
over een stationaire detectorring (er wordt dus geen gebruik gemaakt van detectoren zoals bij de
andere generaties).
- Hoge temporele resolutie (25 ms) doordat er geen verplaatsing nodig was van een
röntgenbuis. Hierdoor ontstond er dus een kortere scantijd.
• Werd toentertijd veel gebruikt voor CT-cardiac.
- Nu achterhaald; nieuwste CT-scanners gaan richting de 50 ms met de temporele resolutie.
Hounsfield Units (HU’s)
Bij de CT wil je de doorgelaten intensiteit en de oorspronkelijke intensiteit weten. Deze gegevens
gebruik je vervolgens om de HU-waardes te berekenen.
Formule transmissie; transmissie = Id / I0 = e-µ*d.
- Id; doorgelaten intensiteit (acquisitiedetectoren).
• Meet de verzwakkingsprofielen.
- I0; onverzwakte intensiteit (referentiedetectoren).
• Meet de originele intensiteit van de bundel.
- µ; lineïeke verzwakkingscoëfficiënt (mm-1, cm-1, enz.).
- d; dikte.
Tijdens het scannen (dus tijdens het meten van elk verzwakkingsprofiel) wordt elke keer I0 gemeten
om de berekening te kunnen maken. Het is dus niet goed om I0 alleen maar aan het begin van de
scan te meten, omdat tijdens het scannen I0 zal verschillen (is wel een erg klein verschil) waardoor de
betrouwbaarheid anders minder wordt.
Wat belemmerend kan zijn is een forse patiënt. Een forse patiënt kan over de referentiedetectoren
gaan liggen, waardoor er geen ‘verse’ I0 aanwezig is waardoor het ‘geheugen’ van de I0 wordt
gebruikt en waardoor de beeldkwaliteit dus minder wordt.
Beelden worden in HU’s afgebeeld. Er zijn 4096 HU’s (212). De HU’s lopen van -1.000 tot en met
3.095, hiertussen detecteert de CT-scanner alle HU-waarden. Er zijn 2 ijkwaarden, lucht (-1.000) en
water (0).
Volgorde omzetting in HU’s:
1. De CT meet de transmissie van een röntgenbundel (het verzwakkingsprofiel).
- De transmissie wordt in vele richtingen (1.000-5.000) gemeten en is afhankelijk van:
• De verzwakkingscoëfficiënt (µ) van de stof.
• De dikte van de stof.
• De gebruikte buisspanning (kracht van de straling) ® kV; energie.
2. De CT berekent vervolgens uit de transmissie de absorptie per voxel, uitgedrukt in µ.
- Weinig absorptie geeft een donker beeld (lage HU).
- Veel absorptie geeft een licht beeld (hoge HU).
3. Middels een formule worden de µ’s omgezet in HU’s.
- Formule HU berekenen; HUstof = (µstof - µwater) / µwater * 1.000.
De HU’s zijn dus een maat voor de absorptie in elke voxel.
Scanmethodes
Verschillende scanmethodes:
- Axiaal/slice-to-slice = wenteling van CT-scanner, tafel verschuiven, wenteling van CT-
scanner, tafel verschuiven, etc.
• Interpoleren (schatten), waardoor informatie verlies ontstaat.
- Spiraal/helical = tafel verschuiven tijdens de wentelingen van de CT-scanner.
• Zeer snelle methode.
, • Terwijl het object door de gantry schuift, verandert de diameter ervan. Hierdoor kan een
spiraal-artefact ontstaan en dit kan nadelige gevolgen hebben. Er kan bijvoorbeeld
verkeerde diagnostiek ontstaan. Dit fenomeen komt dus niet voor bij axiaal scannen.
• Er wordt gebruik gemaakt van slipring in plaats van kabels. De slipring zorgt voor:
o Pre-transformatie van de buisspanning (aanleveren tussenspanning, dus 800 V).
o Data transport vanaf de DAS naar de reconstructor.
Termen
Fan angle = in plane beam; breedte van de bundel (in graden).
- Toshiba kan deze angle verkleinen, andere firma’s niet.
Cone angle/cone beam = not in plane beam; dikte van de bundel in de Z-richting (in cm).
Collimatie = aantal coupes wat tegelijk gescand wordt (totale scanbundel).
- Formule; collimatie = detectorrijen * coupedikte.
- Cone = collimatiebreedte.
Pitch = tafel-verplaatsing / totale collimatie (in de Z-as).
- Wordt gebruikt bij spiraal scannen.
- 2 fenomenen bij verhoging van de pitch:
• Bredere SSP.
• Lagere intensiteit.
Als de tafel minder verplaatst dan dat de bundel dik is, dan heb je een pitch van < 1.
- Er wordt overlappend gescand.
Als de tafel net zoveel verplaatst dan dat de bundel dik is, dan heb je een pitch van 1.
Als de tafel meer verplaatst dan dat de bundel dik is, da heb je een pitch van > 1.
- Er wordt onderlappend gescand. Alles wordt wel gescand, het is alleen minder nauwkeurig.
SSP = Slice Sensitivity Profile.
- Hoe breder het SSP (grotere pitch), hoe onnauwkeuriger de coupedikte.
• Er wordt veel gekopieerd in de coupes, ook de ruis. Hierdoor neemt de beeldkwaliteit af.
Er vindt vervolgens interpolatie plaats.
- Hoe dunner de coupes, hoe minder breed de SSP.
FWHM = Full Width at Half Maximum.
- Lijn halverwege de hoogte van de curve plaatsen en dan meten hoe breed de curve is.
In de SSP-figuur zijn 3 coupes te zien. De hoogste curve is een axiale coupe
en de andere 2 bollere curves zijn spiraal coupes met beide een andere
pitch. Vervolgens is er een FWHM geplaatst bij alle 3 de coupes. De zwarte
lijn hoort bij de axiale coupe, de donkeroranje lijn hoort bij de pitch van 1
