MDCT…
…základní technické principy, skenovací a obrazové parametry
Jan Baxa
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
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
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
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
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
x
- 4 – 6DCT: kolimace 1 – 2 mm 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
Izotropní zobrazení 8 mm
8 mm
prostorové rozlišení kvantový šum libovolné roviny
5 mm
1 mm
5 mm
1 mm
primární parametry skenovací expoziční parametry kolimace
perioda rotace rychlost posunu stolu / pitch směr skenování
expoziční paramety zásadní vliv na přítomnost šumu a homogenitu zobrazení - mAs: snížení míry šumu vs. vzestup absorbované dávky napětí: 60 – 140 kV (80 – 120 kV) proud: 20 – 280 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
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
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 - 370 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
kolimace
8 mm
4 mm
0,75 mm
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
pitch
0,5 (18 s)
mA (tube current) = eff.mAs ·1/trot · P
1,0 (10 s)
1,5 (7 s)
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“)
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
increment
1,5 mm / 3,0 mm
1,5 mm / 1,5 mm
1,5 mm / 1,0 mm
FoV základní matice („matrix“) - velikost udává počet bodů (pixelů), kterými je tvořen jeden axiální obraz (512x512) - při rekonstrukcích je transformována na tzv. přepočítávanou matrix - 340x340 – 2048x2048
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
FoV
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)“
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)
MPR rekonstrukce
1 mm
8 mm
5 mm
MPR rekonstrukce
„curved MPR“
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 vyhledávání5 mm 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
MIP rekonstrukce
5 mm 10 mm
15 mm
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
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)
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)
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
4D CT angiografie
data z objemové perfúze mozku
šíře obrazu 1,5 mm / kolimace 1 mm
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
