BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ FİZİĞİ
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>BİLGİSAYARLI</strong> <strong>TOMOGRAFİ</strong><br />
<strong>FİZİĞİ</strong><br />
Dr. Ercan Kocakoç<br />
Bezmialem Vakıf Üniversitesi<br />
İstanbul
BT <strong>FİZİĞİ</strong><br />
BT’nin temel prensiplerini öğrenmek<br />
BT artefaktlarını öğrenmek<br />
Giriş ve Tarihçe<br />
Terminoloji<br />
Radyasyon Dozu<br />
Artefaktlar
GİRİŞ ve TARİHÇE<br />
Tomografi Yunanca tomos (kesit) ve graphia<br />
(görüntü)
İlk 1963 yılında Amerikalı fizikçi Allan MacLeod<br />
Cormack teorik olarak BT’yi düşünmüştür<br />
Prototip BT: Sir Godfrey Newhold Hounsfield<br />
1967-1971<br />
Bir kesit için tarama süresi 4.5 dakika ve bu<br />
kesit için görüntü oluşum süresi 20 dakika<br />
Türkiye’de ilk Hacettepe Üniversitesinde<br />
1975’de sadece beyin tetkiki için kullanılmıştır
BT cihazlarının gelişimi<br />
I. Jenerasyon BT (1972): Tek kesit 4.5-5 dak.<br />
II. Jenerasyon BT (1979):Tek kesit 18 sn<br />
III.Jenerasyon BT (1980’lerin ilk yılları)<br />
Tek kesit süresi 2- 4 sn<br />
IV.Jenerasyon BT (1980’lerin sonu) Spiral veya<br />
Helikal BT<br />
Tek kesit süresi 1-2 sn<br />
V. Jenerasyon BT (1985) Ultrafast BT (EBT)<br />
Tek kesit 17 msn- 50 msn<br />
VI. Jenerasyon BT (1998) MDBT (ÇKBT)
2004 –64 kesit cihaz<br />
Matriks: 1024 x 1024<br />
Dönüş hızı: 0.33 s<br />
Kesit sayısı: 64 kesit / dönüş<br />
Kesit kalınlığı: 0.5 mm<br />
Rekonstrüksiyon hızı: 20 görüntü/sn<br />
Çift tüplü sistemler<br />
İki X‐ray tüp ve iki dedektör aynı anda çalışır<br />
Kalp hızı sınırlaması yoktur<br />
Daha düşük doza imkan verir
2008 –256‐320 kesit<br />
cihaz<br />
Matriks: 1024 x 1024<br />
Dönüş hızı: 0.27s<br />
Kesit sayısı: 256‐320<br />
kesit / dönüş
ÇKBT ile teknolojinin geldiği en son noktada<br />
4 saniyede tüm vücut tomografisi ve 0.25<br />
saniyede kalp anjiosu yapılabilmekte<br />
Kalp anjiosunda BT dozu 1mSv’in altına<br />
inmiştir (Kateter kalp anjiosunda hastanın<br />
aldığı ortalama doz 3mSv dir)<br />
Leschka S, et al (2009) Diagnostic accuracy of high-pitch dual-source CT for the<br />
assessment of coronary stenoses: first experience. Eur Radiol 19:2896-2903
TERMİNOLOJİ<br />
BT 4 üniteden oluşur<br />
-x ışını tüpü<br />
-gantry<br />
-dedektör<br />
-bilgisayar ve monitör<br />
Gantry<br />
Konsol<br />
Tüp ve dedektörler
BT nasıl yapılıyor?<br />
• X-ışını<br />
• Hastayı geçen ışınların detektörlerce<br />
yakalanması<br />
• Veri kaydı (Görüntü rekonstrüksiyonu)<br />
• X-ışın tüpü iyi soğutulmalı
BT’de Görüntüleme<br />
• Dijital projeksiyon<br />
• AP, PA, Lateral projeksiyon<br />
• Surview, Skenogram<br />
• Konvansiyonel BT<br />
• Aksiyel, kesitsel<br />
• Her kesit bağımsız<br />
• Hacimsel BT<br />
• Helikal tarama<br />
• Devamlı (Kesintisiz) veri
Dijital Projeksiyon<br />
• Tüp ve dedektörler sabit<br />
• Işın gelirken masa hareket<br />
eder<br />
• İncelenecek alan seçilir
3. Kuşak BT: “rotasyon-rotasyon)<br />
• Tüp ve detektörler hasta<br />
çevresinde 360-420° döner<br />
• Masa sabit<br />
• Bir kesit görüntü<br />
• Masa bir sonraki<br />
pozisyona hareket eder<br />
• İşlem tekrarlanır
Helikal (Hacimsel) BT<br />
• Tüp ve detektörler hasta çevresinde 360 0<br />
döner<br />
• Masa devamlı hareket eder<br />
• Hacimsel, kesintisiz bilgi alınır<br />
‣Slip ring teknolojisi<br />
‣Yüksek güçlü tüp<br />
‣İnterpolasyon algoritması
“Slip ring”<br />
Slip ring<br />
Kayıcı<br />
fırça<br />
Güç kaynağı<br />
Veri ve kontrol<br />
• Gantri eksenine göre konsantrik dizilen paralel<br />
iletken halkalar<br />
• Dönen yüzeye (tüp, dedektör) elektrik ileten fırçalar<br />
• Sistemin tüm güç ve kontrol iletilerini sağlar
Temel parametreler<br />
Kolimasyon<br />
kVp, mAs<br />
Rotasyon zamanı<br />
Rezolüsyon<br />
Rekonstrüksiyon<br />
algoritması<br />
Matriks<br />
Filtre<br />
Rekonstrüksiyon<br />
intervali<br />
İnterpolasyon<br />
algoritması<br />
Pitch<br />
Efektif kesit kalınlığı
Işın kolimasyonu<br />
Kullanılan ışının kalınlığı<br />
Fokal spot<br />
. .<br />
kolimasyon<br />
_<br />
Hasta sonrası kolimasyon<br />
__<br />
Tek dedektör<br />
Çift dedektör
6.5 mm 2.7 mm
Kolimasyon<br />
10 mm 1 mm
İNCE KOLİMASYON<br />
AVANTAJ<br />
Uzaysal Rezolüsyon<br />
MPR, 3-D görüntü iyi<br />
Parsiyel volüm <br />
Çizgisel artifakt <br />
DEZAVANTAJ<br />
Gürültü <br />
Kontrast rez. <br />
İnceleme süresi <br />
Kesit sayısı
mAs: foton sayısı<br />
kV: foton enerjisi<br />
Yüksek mAs<br />
<br />
<br />
Gürültü <br />
Kontrast rez. <br />
Yüksek kV<br />
<br />
<br />
Gürültü <br />
Penetrasyon<br />
<br />
Hasta dozu <br />
<br />
Hasta dozu <br />
<br />
Tüp ısısı <br />
<br />
Kontrast rez <br />
<br />
Tüpün gücüyle doğru<br />
orantılıdır.<br />
<br />
Hastaya verilen doz mAs<br />
arttırılınca artar.<br />
<br />
Effektif mAs=mAs/pitch
Rotasyon zamanı<br />
Tüpün bir dönüşünü tamamlaması için geçen<br />
süre<br />
3. jen. BT : 3-4 sn<br />
Helikal BT’de 0.375-1 sn<br />
Kısa rot. zamanı hareket artifaktı<br />
Uzun rot. zamanı mAs artırılabilir
ÇÖZÜNÜRLÜK<br />
<br />
Küçük objeleri ayırabilme<br />
(çç/cm)<br />
Standart Yüksek Çok yüksek<br />
11çç/mm 14çç/mm 20çç/mm<br />
<br />
Fokal spot<br />
<br />
Sekonder kolimasyon<br />
Standart Yüksek Ultrahigh Uz. Rezol.<br />
Standart Yüksek Ultrahigh Gürültü
Uzaysal (spatial) çözünürlük (rezolüsyon)<br />
Birbirine komşu farklı yapıyı ayırt edebilme<br />
gücü<br />
Kontrast çözünürlük<br />
Farklı yoğunlukları ayırt edebilme gücü<br />
(dokular arasındaki HU değerlerindeki farklılık)
Uzaysal Çözünürlüğü Etkileyen<br />
Faktörler<br />
Fokal Spot: Daha küçük FS; UÇ artar<br />
Dedektör genişliği: Daha küçük DG; UÇ artar<br />
Kesit kalınlığı: Daha küçük KK; UÇ artar<br />
Pitch: Daha düşük pitch; UÇ artar<br />
Rekonstrüksiyon filtresi: Kemik filtre; UÇ artar<br />
Piksel boyutu: Daha küçük PB; UÇ artar<br />
FOV: Daha az FOV; UÇ artar<br />
Hasta hareketi: Daha az HH; UÇ artar
Kontrast Çözünürlüğü Etkileyen<br />
Faktörler<br />
mAs (tüp akımıX tarama zamanı) ve doz<br />
<br />
<br />
<br />
mAs artarsa; foton sayısı artar, SNR artar ve KÇ artar<br />
mAs’ın iki katına çıkması ile SNR %41 artar, KÇ de<br />
artar<br />
mAs artarsa doz da artar<br />
Piksel boyutu (FOV)<br />
<br />
Hasta boyutu ve diğer tüm parametreler sabit kalırsa;<br />
FOV artışı ile piksel boyutları artar ve herbir vokselden<br />
geçen X‐ray sayısı artar ve KÇ de artar
MATRİKS<br />
Piksel= FOV/Matriks<br />
Matriks <br />
Uz. Rezol<br />
Rekons. zamanı<br />
arşiv<br />
İzotropik (kübik) voksel için
Piksel: (resim element)<br />
Dijital görüntüde 2D<br />
element<br />
Voksel elemana ait resim<br />
bilgisidir<br />
Voksel: (volüm element)<br />
Üçüncü boyut olarak kesit<br />
kalınlığını ifade eder
Matriks satır ve kolon<br />
sıralarından oluşur<br />
512X512, 1024X1024, vs<br />
Teknisyen görüntü alanını<br />
(FOV) seçer<br />
Piksel boyutu: FOV/matriks<br />
boyutu<br />
Uzaysal çözünürlük daha<br />
geniş matriks (küçük<br />
pikseller) veya daha küçük<br />
FOV ile artar
X-ışın tüpü, X-ışın yelpazesi ve dedektörler<br />
Helikal BT<br />
Tüp ve tek sıralı 500-900 dedektör<br />
4-kesit BT<br />
Tüp ve çoğul sıralı dedektörler
Dedektör: Hastayı geçen radyasyonun<br />
intensitesini ölçer. 2 tip<br />
-Xenon dedektörler: Üzerine X ışını<br />
düştüğünde sıkıştırılmış xenon gazında<br />
iyonizasyona neden olur ve elektrik sinyali<br />
üretir (3. jenerasyon BT’lerde kullanılır)<br />
-Solid state dedektörler: Üzerine X ışını<br />
düştüğünde ışık salınımı olur ve elektrik sinyali<br />
üretir (4. jenerasyon ve ÇKBT’de kullanılırlar)
SPİRAL BT - ÇKBT
DEDEKTÖR GEOMETRİSİ<br />
-Matrix dedektör: Paralel sıralanmış eşit<br />
genişlikteki dedektör dizilimi<br />
-Adaptif dedektör: Santralden perifere doğru<br />
genişleyen dedektör dizileri<br />
-Hibrid: Matrix ve adaptif birarada
-Tek sıra dedektörlü<br />
sistemlerde<br />
dedektörün eni 15’mm dir.<br />
Kesit kalınlığı 1-13mm<br />
arasındadır ve kesit kalınlığı<br />
ışının kolimasyonu ile<br />
belirlenir.<br />
-Çok sıralı dedektör<br />
sisteminde dedektörlerin eni<br />
dardır (ör:64 sıralı sistemde<br />
dedektör boyutu 1 mm’nin<br />
altına düşmüştür)
Firmalara göre dedektör tipleri<br />
değişebilmektedir
Detektörlerle İlgili Bazı Tanımlar<br />
DETEKTÖR – DETECTOR: Z aksındaki aktif detektör<br />
sayısı<br />
KANAL – CHANNEL: Detektörden Veri aktaran birim<br />
KESiT – SLICE: Bir dönüşte elde edilen kesit sayısı<br />
16 KANALLI BTDE; KANAL #= DETEKTÖR # = KESiT #<br />
Çoğu zaman doğru…<br />
64 DETEKTÖRLÜ BT =Ø 64 KESİTLİ BT<br />
Genel olarak dedektör sıra sayısı arttıkça x- ışını<br />
kullanım etkinliği arttığından radyasyon dozu azalır
Pitch<br />
Tek kesitli ve çokkesitli helikal BT için;<br />
pitch =<br />
Masa hareketi (mm) / rotasyon<br />
____________________________________<br />
Işın demetinin (total) kolimasyonu (mm)<br />
Çokkesitli helikal BT için;<br />
pitch =<br />
Masa hareketi (mm) / rotasyon<br />
________________________________<br />
nominal kesit kalınlığı (mm)<br />
4-kesit: 1-8<br />
16-kesit:2-30
Pitch=1: 10mm kesit aralıklı, 10mm kesit<br />
kalınlığına benzer, şöyleki ardışık kesitler<br />
konvansiyonel bir adım bir şut taramaya benzer<br />
Pitch>1: Daha düşük aksiyel uzaysal<br />
çözünürlüklü azaltılmış hasta dozu, genişletilmiş<br />
görüntülemeyi tanımlar<br />
Pitch
Pitch değeri arttıkça z eksenindeki çözünürlük azalır<br />
efektif kesit kalınlığı artar<br />
MPR ve 3D kalitesi düşer<br />
gürültü artar<br />
Klinik kullanımda pitch değeri 1-2 arasında seçilir.
Kesit Duyarlılık Profili
Rekonstrüksiyon intervali<br />
<br />
<br />
Ardışık 2 kesit arasındaki<br />
mesafe<br />
Kesit kalınlığı aynı<br />
Overlapping<br />
RI<br />
MPR ve 3D iyi<br />
Parsiyel volüm <br />
Görüntü sayısı <br />
Rekonstr. zamanı <br />
Lezyon saptama <br />
Matematiksel overlapping ile doz<br />
artırılmadan z-eksenindeki çözünürlük
ATENUASYON<br />
Atenuasyon<br />
Hiperdens<br />
Hipodens<br />
İzodens<br />
Atenuasyon birimi Hounsfield ünitesidir (HU)<br />
Skala ‐1000 ‐+1000<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hava: ‐1000 HU<br />
Akciğer: ‐300 HU<br />
Yağ: ‐90 HU<br />
Su: 0 HU<br />
Kas: 50 HU<br />
Kortikal kemik: 1000 HU
DOKULARIN BT’ DE HÜ DEĞERLERİ<br />
4 üniteden oluşur
PENCERELEME<br />
Pencere genişliği (Window Width)<br />
Siyah ve beyaz arası Hounsfield ünite sayısı<br />
Görüntü kontrastını ifade eder<br />
Daha dar pencere daha yüksek kontrast<br />
Pencere ortası (Level or Center)<br />
Ortadaki gri Hounsfield ünite değeri
PENCERE DÜZEYLERİ
ÇOK KESİTLİ BT’NİN AVANTAJLARI<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Daha geniş bir alan daha hızlı taranır<br />
Daha kısa süreli çekim, daha az artefakt<br />
Daha ince kesit, daha yüksek rezolüsyon<br />
X‐ışınının daha etkin kullanımı, daha az radyasyon?<br />
Değişik kalınlıklarda rekonstrüksiyon<br />
İzotropik görüntüleme, daha iyi MPR ve 3D<br />
görüntüleme
4’lü ÇKBT, 0.5 s rotasyon<br />
GÖRÜNTÜLEME HIZI<br />
Helikal BT, 1 s rotasyon<br />
8 kat daha hızlı<br />
Aynı mesafe için helikal BT’de uzun zaman veya kalın kolimasyon
MPR ve 3D Görüntüler
Sanal Görüntüleme-Surface Rendering
BT PERFÜZYON
BT PERFÜZYON
Radyasyon Dozu<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hastanın etkin dozu (ve riski) hastaya yüklenen total<br />
enerji miktarı ile doğru orantılıdır.(Göğüs<br />
röntgenogramında ekspojur değeri120kV-5mAs, BT’<br />
de ise 120kV-200mAs)<br />
Dolayısıyla tüp akımı ve tarama zamanı ile artar<br />
Tüp voltajını 80’den 140’a çıkardığımızda hasta dozu<br />
5 kat artar<br />
Etkin doz kesit kalınlığının kesit sayısı ile çarpımı ile<br />
bulunur
Helikal BT’de pitch 1.0 olduğunda radyasyon<br />
dozu konvansiyonel BT’deki aralıksız<br />
taramaya eşittir<br />
Hasta dozu pitch değeri ile ters orantılıdır<br />
1.5 pitch 1.0’e göre dozu %67 azaltır<br />
2.0 ise yarı yarıya azaltır<br />
ÇKBT’de hasta dozu, ekspojur değerleri ve<br />
tarama uzunluğu (kesit kalınlığı X kesit sayısı)<br />
aynı kalmak koşuluyla helikal BT’dekine eşittir
ARTEFAKTLAR<br />
Fizik Temelinde gelişen artefaktlar<br />
-Beam hardening artefaktı<br />
-Parsiyel volüm artefaktı<br />
-Foton açlığı artefaktı<br />
Hastadan kaynaklanan artefaktlar<br />
-Metalik artefaktlar<br />
-Hareket artefaktları<br />
-İnkomplet projeksiyon
BT cihazından kaynaklanan artefaktlar<br />
-Ring artefaktı<br />
Helikal ve ÇKBT artefaktları<br />
-Reformat görüntülerdeki artefaktlar
Beam hardening artefaktı<br />
-Sebep:Farklı enerjide fotonlardan oluşan X<br />
ışını demeti bir objeyi geçerken, düşük enerjili<br />
fotonlar hızlı absorbe olduklarından demetin<br />
ortalama enerjisi artar yani sertleşir<br />
Bu etki sonucunda yumuşak doku-kemik gibi<br />
farklı yoğunlukdaki oluşumlardan geçen ışın<br />
artefakta yol açar
Beam hardening artefaktı<br />
- Çözüm: ışın filtreleme teknikleri<br />
kesit kalınlığı düşürülebilir
Beam hardening artefaktı<br />
10mm<br />
1mm
Parsiyel volüm artefaktı<br />
- Sebep: Eğer bir doku voksel volümünü<br />
tamamen dolduramıyorsa, aynı voksel içinde<br />
diğer dokularla birlikte ortalama dansitesi<br />
alınıp piksellere yansıtılır<br />
Bu da parsiyel volüm artefaktına neden olur<br />
- Çözüm:Kesit kalınlığını azaltmak
Foton açlığı artefaktı<br />
-Sebep:Yüksek dansiteli alanlarda (omuz gibi)<br />
oluşan horizontal çizgilenme artefaktıdır
Foton açlığı artefaktı
Foton açlığı artefaktı<br />
-Çözüm:<br />
Otomatik tüp akımı modülasyonu: Bu<br />
yöntemde hastanın geniş olan bölümlerinde<br />
doz otomatik olarak artırılırken, ince kısımların<br />
da fazla doz alması önlenir<br />
Adaptif filtrasyon:Rekonstrüksiyon işlemi<br />
sırasında yüksek atenuasyonun olduğu<br />
bölgelerde atenüasyon profili yumuşatılır
Hastadan kaynaklanan artefaktlar<br />
-Metalik artefaktlar<br />
-Hareket artefaktları<br />
-İnkomplet projeksiyon
Metalik artefaktlar<br />
-Sebep: Metaller şiddetli çizgilenme artefaktına<br />
neden olurlar
Artefaktlar<br />
Metalik artefaktlar<br />
Çözüm:metali çıkartmak<br />
gantri açısı değiştirilebilir<br />
kVp artırılıp kesit kalınlığı azaltılabilir<br />
özel software ve filtreleme programları
Metalik artefaktlar
Hareket artefaktı
Hareket artefaktı<br />
Çözüm: en kısa çekim süresi kullanılmalı<br />
overscan ve underscan modlarının<br />
kullanımı<br />
özel software ile düzeltme ve kardiak<br />
gating
İnkomplet projeksiyon<br />
Sebep: Hastanın herhangi bir bölümü FOV<br />
dışında kalırsa bilgisayar bu bölümle ilgili<br />
inkomplet bilgi elde eder. Görüntüde bulanıklık<br />
ve çizgilenmeler oluşur.
İnkomplet projeksiyon
BT cihazından kaynaklanan artefaktlar<br />
-Ring artefaktı:<br />
Sebep: Her bir dedektör görüntünün anüler<br />
bir parçasını gördüğü için, tek bir dedektörün<br />
bozulması bu artefakta neden olur<br />
Çözüm: Dedektör kalibrasyonu
Ring artefaktı
Helikal ve ÇKBT artefaktları<br />
-Reformat görüntülerdeki artefaktlar
Reformat görüntülerdeki artefaktlar<br />
Zebra artefaktı: Yüksek pitch kullanımı gibi z<br />
aks rezolüsyonunun bozulduğu durumlarda<br />
görülür<br />
Çözüm: Pitch değerini azaltmak
Zebra artefaktı
Reformat görüntülerdeki artefaktlar<br />
‘‘Stair step artefaktı’’:<br />
Sebep: geniş kolimasyon kullanılırsa<br />
overlapping rekonstrüksiyon<br />
kullanılmazsa<br />
Çözüm: Kesit kalınlığının azaltılması
Stair step artefaktı
Dr. Aslı Serter<br />
Dr. Selim Doğanay<br />
Dr. Muşturay Karçaaltıncaba<br />
Dr. Nevzat Karabulut<br />
TEŞEKKÜRLER….
SORULAR…<br />
1- BT’de doz ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi<br />
yanlıştır ?<br />
a) mAs arttıkça doz artar<br />
b) Pitch arttıkça doz artar<br />
c) kVp arttıkça doz artar<br />
d) Otomatik doz modülasyon programlarının<br />
kullanılması hasta dozunu azaltır<br />
e) Konvansiyonel BT’de hasta dozu daha yüksektir
Pitch arttıkça doz artar
2- Detektör nedeniyle oluşan artefakt<br />
aşağıdakilerden hangisidir?<br />
a- Beam-hardening artefakt<br />
b- Zebra artefaktı<br />
c- Merdiven basamağı artefaktı<br />
d- Ring artefaktı<br />
e- Hareket artefaktı
Ring artefaktı
3- Kolimasyonla ilgili hangisi yanlıştır?<br />
a- İnce kolimasyonla uzaysal çözünürlük artar<br />
b- İnce kolimasyonla parsiyel volüm etkisi azalır<br />
c- İnce kolimasyonla kontrast çözünürlük artar<br />
d- İnce kolimasyonla kesit sayısı artar<br />
e- İnce kolimasyonla gürültü artar
C- İnce kolimasyonla kontrast çözünürlük artar
Change language