Jan Baxa. základní technické principy, skenovací a obrazové parametry

Transkript

1 MDCT Jan Baxa základní technické principy, skenovací a obrazové parametry

2 evoluce 90. léta 20.století spirální technologie - zobrazení objemu s detailním anatomickým zobrazením - možnost 3D rekonstrukcí snaha o vysoké prostorové rozlišení a izotropní zobrazení - co nejmenší velikost voxelu - stejné rozměry ve všech 3 osách from axial to 3D image T. Flohr Prokop M General principles of MDCT. European Journal of Radiology 2002

3 MDCT technologie 1) souvislá akvizice dat - možnost rekonstrukce v libovolné z-pozici spirální technologie (1992) 2) schopnost vyšetřit dlouhé úseky v krátkém času při zachování izotropního zobrazení zvýšení počtu a uspořádání detektorů zrychlení rotace gantry (1s 330 ms) adaptace rychlosti posunu stolu algoritmy získávání dat (datová interpolace) vývoj rekonstrukčních algoritmů Reiser M.F. et al. Multislice CT. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009

4 prostorové rozlišení spatial resolution, in-plane resolution technické parametry expozice - šíře průzor krytu detektoru ( detector aperture ) - kolimační šíře ( collimation width ) rekonstrukční algoritmus (filtr) - výpočtem určuje plynulost přechodu denzitních rozhranní další vliv: artefakty z rychlého posunu stolu cone-beam artefakt současné přístroje umožňují odlišit struktury o velikosti 0,4 0,6 mm Flohr T et al. - Multi-Detector Row CT Systems an Image-Reconstruction Techniques. Radiology 2005

5 časové rozlišení temporal resolution hodnota periody zobrazení - doba akvizice potřebná k rekonstrukci 1 axiálního obrazu omezení pohybových artefaktů (pohybující se objekty) rychlost posunu stolu ( table feed ) doba otáčky rotoru gantry ( rotation time ) algoritmus pro výpočet axiálního obrazu vícenásobná simultánní akvizice ( simultaneous acquisition ) - zkrácení doby akvizice - zvětšení rozsahu vyšetření při stejném času Flohr T. et al. Auf dem Weg zur isotropen räumlichen Auflősung. Radiologe 2005

6 izotropní zobrazení rozlišení v ose Z je zásadně ovlivněno: šíří datové stopy y anizotropní: voxel ve tvaru kvádru - z 2x - 1 2DCT: kolimace 2,5 mm a více x z y blízké izotropnímu: z = 1,5x - 4 6DCT: kolimace 1 2 mm x z y izotropní: voxel ve tvaru krychle (x=y=z) - 16DCT a více: submilimetrová kolimace x z Flohr T et al. - Multi-Detector Row CT Systems an Image-Reconstruction Techniques. Radiology 2005

7 Izotropní zobrazení 8 mm 8 mm prostorové rozlišení kvantový šum libovolné roviny 5 mm 5 mm 1 mm 1 mm

8 primární parametry - skenovací expoziční parametry kolimace perioda rotace rychlost posunu stolu / pitch směr skenování

9 expoziční paramety zásadní vliv na přítomnost šumu a homogenitu zobrazení - mas: snížení míry šumu vs. vzestup absorbované dávky napětí: kv ( kv) proud: ma proudová modulace 1) nastavení základní hladiny dle atenuace při topogramu 2) real-time změna parametrů dle anatomických poměrů nastavení určité kvalitativní úrovně (efektivní či referenční mas) - hodnota odpovídá dávce vhodné pro typického pacienta a oblast významná redukce dávky (až o 1/3) zlepšení zobrazení obézních pacientů úhlová modulace proudu Reiser M.F. et al. Multislice CT. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009

10 low-dose technika 1) snížené hodnoty napětí (kv) redukce absorbované dávky - nižší kvality zobrazení (zejména u obézních) 2) snížení referenční hodnoty proudu (eff. mas) - redukce absorbované dávky - nižší kvalita zobrazení měkkých částí při větším podílu šumu zobrazení hrudníku (časté kontroly) až 20 mas vyšetření zubů a skeletu obličeje vyšetřování dětských pacientů screeningová vyšetření tračníku PET/CT pro korekci atenuace orgány s nízkou absorpcí záření a velkým kontrastem proti okolí - kosti, zuby, plíce, vzduchem nebo kontrastem vyplněné dutiny

11 skenovací parametry kolimace (nominální a úhrnná) - nepřímá úměra - nom. kolimace a prostorové rozlišení - úhr. kolimace a rychlost akvizice - přímá úměra - nom. kolimace a kvantový šum počet datových stop (za 1 otáčku) perioda rotace - nejzásadněji ovlivňuje periodu zobrazení (časové rozlišení) - 1 s 500 ms 420 ms ms 330 ms 280 ms pitch - faktor stoupání - parametr charakterizující spirální akvizici dat Flohr T. et al. - Multi-Detector Row CT Systems an Image-Reconstruction Techniques. Radiology 2005

12 kolimace 8 mm 4 mm 0,75 mm

13 pitch posun stolu za otáčku / celková kolimační šíře paprsku (< 1) skenování probíhá s překryvem v ose Z (> 1) skenování probíhá bez překryvu v ose Z 4DCT 4 x 1 mm, posun stolu 6 mm/ot. - pitch = 6 / (4x1) = 1,5 16DCT 16 x 0.75, posun stolu 18 mm/ot. - pitch = 18 / (16x0,75) = 1,5 16 DCT a více - pitch 0,5 1,5 - nemá významný vliv na kvalitu zobrazení - nemá významný vliv na dávku záření Flohr T. et al. Auf dem Weg zur isotropen räumlichen Auflősung. Radiologe 2005

14 pitch ma (tube current) = eff.mas 1/t rot P 0,5 (18 s) 1,0 (10 s) 1,5 (7 s)

15 sekundární parametry - rekonstrukční hrubá data ( raw data ) - kompletní sada získaných dat - možné provedení libovolného počtu rekonstrukcí - velký objem (DECT srdce cca 5GB) šířka vrstvy ( slice width ) rekonstrukční increment ( reconstruction increment ) rekonstrukční algoritmus ( convolution kernel ) matice ( matrix ) FoV ( field of view )

16 rekonstrukce dat šíře vrstvy - pro přímé hodnocení volíme šíři podle vyšetřovaného orgánu - pro postprocessing volíme nejlépe minimální šíři obrazu rekonstrukční increment - vzdálenost mezi 2 sousedními axiálními obrazy v ose Z - pro hodnocení axiálních obrazů postačuje increment shodný s šíří vrstvy - pro získání kvalitních MPR a objemových rekonstrukcí je nutný dostatečný překryv sousedních obrazů kolimace nad 1 mm: překryv min. o ½ kolimace pod 1 mm: překryv o 1/3 rekonstrukční algoritmus - zvýraznění či potlačení přechodu denzitních rozhranní mezi jednotlivými obrazovými elementy (pixely) - čím výraznější přechody, tím vyšší geometrické rozlišení a vyšší hladina šumu Flohr T. et al. - Multi-Detector Row CT Systems an Image-Reconstruction Techniques. Radiology 2005

17 increment 1,5 mm / 3,0 mm 1,5 mm / 1,5 mm 1,5 mm / 1,0 mm

18 FoV základní matice ( matrix ) - velikost udává počet bodů (pixelů), kterými je tvořen jeden axiální obraz (512x512) - při rekonstrukcích je transformována na tzv. přepočítávanou matrix - 340x x2048 zobrazované pole ( field of view FOV ) - počet pixelů základní matrix je stále stejný - oblast zájmu by měla co nejvíce vyplňovat prostor, který byl zvolen pro akvizici dat nebo rekonstrukci je třeba šetřit pixely = zooming prof.žižka

19 FoV

20 obrazové parametry MPR rekonstrukce ( multi-planar reformation ) MIP rekonstrukce ( maximum intensity projection ) MinIP rekonstrukce ( minimum intensity projection ) VRT rekonstrukce ( volume rendering technique ) SSD rekonstrukce ( shaded surface display ) Základní pravidlo pro kvalitní zobrazení: používat sady dat s nízkou šíří a dostatečným překryvem vrstev (šíře vrstvy a rekonstrukční increment)

21 MPR rekonstrukce multiplanární rekonstrukce - rovinný obraz je vytvořen z hrubých dat nebo sady axiálních obrazů izotropní zobrazení umožňuje rekonstrukci v libovolné projekci bez ztráty prostorového rozlišení - základní projekce + šikmé projekce se speciální osou (srdce, orbity, klouby ) - volbou šíře vrstvy nastavíme plynulost přechodů denzitních rozhranní a úroveň šumu - šíři vrstvy volíme dle hodnocených orgánů - dostatečný rekonstrukční increment (50-70%) Paralelní, zakřivené a radiální MPR rekonstrukce - sady MPR vrstev (nastavení šíře i vzdáleností vrstev) - zakřivená rekonstrukce orgány s dlouhým a vinutým průběhem (cévy, střevo) - radiální MPR kolem osy orgánu (ledvina)

22 MPR rekonstrukce 1 mm 8 mm 5 mm

23 MPR rekonstrukce curved MPR

24 MIP rekonstrukce maximum and minimum intensity projection - pixely 2D obrazu vznikají z paralelních přímek procházejících zobrazovaným objemem MIP: vybrán pixel s maximální intenzitou v průběhu přímky zvýraznění struktur s vyšší denzitou (kontrastní látka, kosti, kalcium) CT angiografie, CT urografie, CT cholangiografie zobrazení skeletu a zubů 5 mm vyhledávání plicních uzlů v HRCT obrazu 10 mm šíře axiálního obrazu: 3 mm a více zobrazení aorty nastavení roviny MIP obrazu: v průběhu zobrazované tepny nastavení šíře MIP obrazu: závisí na vinutosti a kalibru 15 mm

25 MIP rekonstrukce 5 mm 10 mm 15 mm

26 MinIP rekonstrukce MinIP: vybrán pixel s minimální intenzitou v průběhu přímky zvýraznění struktur s nízkou denzitou (struktury vyplněné vzduchem, event. žlučí) zobrazení dýchacích cest včetně paranazálních dutin plicní parenchym emfyzém, air-trapping, mozaikovitá perfúze sklípkový systém kosti skalní, střední a vnitřní ucho žlučové cesty

27 VRT rekonstrukce volume rendering technique - 3D model objektu definovaný pomocí intervalů denzit, kterým jsou přiřazeny různé barvy či stupně šedi a také průhlednost a sytost přednastavené hodnoty ( presets ) s možností jednoduché úpravy - např. odfiltrování měkkých částí zobrazení celého objemu nebo vrstvy s volitelnou šíří i rovinou ( slab ) požití sady vrstev: co nejmenší šíře rekonstrukční increment: překryv o ¼ - ½ rekonstrukční algoritmus: s potlačením denzitních rozhranní (20-30) - s výjimkou lbi lépe se zvýrazněním denzitních rozhranní (50 70)

28 VRT rekonstrukce volume rendering technique - 3D model objektu definovaný pomocí intervalů denzit, kterým jsou přiřazeny různé barvy či stupně šedi a také průhlednost a sytost přednastavené hodnoty ( presets ) s možností jednoduché úpravy - např. odfiltrování měkkých částí zobrazení celého objemu nebo vrstvy s volitelnou šíří i rovinou ( slab ) požití sady vrstev: co nejmenší šíře rekonstrukční increment: překryv o ¼ - ½ rekonstrukční algoritmus: s potlačením denzitních rozhranní (20-30) - s výjimkou lbi lépe se zvýrazněním denzitních rozhranní (50 70)

29 SSD rekonstrukce shaded surface display - stínované zobrazení povrchu při vysokém rozdílu denzit dnes se používá pouze provádění virtuální endoskopie - tračník, dýchací cesty, cévy součást speciálních softwarů karcinoid bronchu vilózní adenom sigmatu

30 4D CT angiografie data z objemové perfúze mozku šíře obrazu 1,5 mm / kolimace 1 mm

31 co se tedy změnilo? šíře a počet datových stop rychlost rotace a posunu stolu datová interpolace simultánní akvizice rekonstrukční algoritmy proudová modulace prostorové rozlišení izotropní zobrazení časové rozlišení rozsah a rychlost akvizice kontrast a šum radiační zátěž objemové rekonstrukce přehledná zobrazení a CAD objem získaných dat a nezměnilo příprava pacienta volba protokolu správné hodnocení získaných dat