BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ FİZİĞİ II Dr. Kayıhan Akın

1. BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ FİZİĞİ IIDr. Kayıhan Akın

2. 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)

3. Spiral(Helikal) BT: 1980’lerin sonunda kullanılmaya başlandı.Birçok firma gantriye slip-ring teknolojisi ekleyerek X ışını kaynağı ve dedektörlerin sürekli rotasyonu sırasında hastanın eş zamanlı olarak sabit bir hızda gantry içine doğru hareketi sağlamışlardır. Böylece bilgiler kesintisiz elde edilir. Kesitler arası bekleme olmadığından kapsama oranı masanın hızına eşittir. Bu şekilde kısa sürede gerçek bir hacimsel tarama yapılmış olmaktadır. Torakal veya abdominal bölgelerin incelemeleri tek nefes tutmada yapılabilmektedir. Cihazlara bu etkinliği kazandıran slip-ring gantry teknolojisi, artmış dedektör etkinliği ve tüp soğutma kapasitesidir.

6. Bu teknik ile Bt uygulamalarının kalitesi yükselmiş ve yeni BT uygulamaları ortaya çıkmıştır. Bunlara örnek olarak dinamik kontrastlı çalışmalar, 3 boyutlu görüntüleme sanal endoskopi ve Bt anjiografi verilebilir.Slip-ring Gantri: Çok sayıda paralel dönen halka vardır. Halkalara bağlı hareketsiz fakat kayan değme noktaları ve multipl elektrik iletken fırçalar bulunur. Bu yolla sürekli X ışını oluşması ve sürekli masa hareketi sağlanmıştır.Yüksek voltaj Güç Kaynağı:BT X ışını tüpleri 80-140 kV arasında çalışırlar.

7. X ışını tüpü:Sabit mAs da çekim zamanı kısaldıkça tüp ve jeneratör için güç gereksinimleri orantılı olarak artar. Spiral BT’de tüp ve dedektör aparatının 360 derece dönüşü için gerekli zaman 1 sn’dir. Konvansiyonel BT’de tüpün soğuması kesitler arasındaki duraklamalarda olmaktadır. Ancak spiral cihazlarda tüpün soğumasına imkan vermeden 60 sn’ye kadar sürekli dönüş yapması gerekebilmektedir. Bu mAs değeri düşürülerek tolere edilmişse de özellikle şişman hastalarda, bu düşük mAs gürültünün artmasına neden olmuştur. Bu da enerji dağıtım oranı yüksek tüpler, yakalama kapasitesi yüksek geometrik etkinliği arttırılmış dedektörler ile aşılmaktadır.

8. Spiral BT' de görüntü kalitesini etkileyen faktörler: Önceki BT cihazlarında olduğu gibiGantry açısı, kesit kalınlığı, görüntü alanı,kV, matriks, rekontrüksiyon aralığı gibi parametreler ayarlanır. Ek olarak spiral BT’lerde masa hızı dolayısıyla pitch de belirlenir.Pitch: X ışını tüpünün hasta etrafında 1 tam dönüş yaptığı sürede masanın ilerleme uzaklığının kesit kalınlığına bölünmesidir. Saniyede 10 mm hızla hareket eden masada, kesit kalınlığı 10 mm seçilirse pitch 1 olur. Daha fazla alanı taramak için pitch artırılır. Ancak rezolüsyon kaybı oluşur. Tek bir spiral taramada taranacak alanı belirleyen faktörler kolimasyon, pitch ve tarama süresidir. En geniş tarama alanı kalın kolimasyon büyük pitch uzun tarama süresiyle sağlanır. Ancak taranacak alan genişledikçe zaman uzamasına bağlı olarak sn başına düşen foton sayısında azalma ile lezyon saptama yeteneğinde azalma olur. Bu nedenle parametreler uygun olarak seçilmelidir .

9. Radyasyon Dozu:kV ve mAs’a bağlıdır. Spiral BT’de sürekli tarama yapıldığından X ışını tüpünün gücü (yani uygulanabilir en yüksek mAs değerine çıkılması) konvansiyonel BT’ye göre daha kısıtlıdır. Bu kısıtlama 24 sn ve üzerindeki taramalarda belirgin olarak karşımıza çıkmakta ve gürültü artışı ile sonuçlanmaktadır. Ancak bu durum genel olarak piral BT deki radyasyon dozunda azalmaya neden olmaktadır. Aynı mAs değeri ve Pitch 1 olduğunda iki yöntem arasındaki doz birbirine eşittir. Pitch’in 1 den büyük olduğu durumlarda ise spiral BT’de radyasyon dozu azalır.

10. Spiral Taramanın Özelikleri: Bu yöntemin adının spiral olmasının nedeni X ışınının hasta çevresinde izlediği yörüngenin spiral olmasındandır. Spiral BT tekniğini konrol eden iki parametre vardır.a) kolimatör genişliği: Geometrik çözümleme üzerine en fazla etkisi olan parametredir. Kesit kalınlığının artması aha fazla X ışını salınımına (yani azalmış gürültü ve daha fazla kontrast duyarlılığına ) neden olur. Ancak kesit kalınlığının arttırılması ile parsiyel volüm hataları ve hareket artefaktları da artmaktadır.b) masa hareketi: masa hareketi arttıkça taranacak alanın genişliği artar.

11. Spiral BT’nin Konvansiyonel BT’ye üstünlükleri:Üstüste binmiş görüntüler daha kaliteli 3 boyutlu görüntüleri sağlar. Ayrıca bu görüntüler küçük lezyonların saptanmasını kolaylaştırır. Tetkikin tek nefes tutumunda yapılabilmesi özellikle akciğerdeki küçük lezyon saptanmasını arttırmıştır.İnceleme süresinin kısa olması BT anjiografi tetkikileri yapılabilir.

13. Spiral BT'de sınırlamalar:Abdomenin spiral incelemesinde en büyük dezavantajı mAs sınırlamasıdır. Tarama süresi arttıkça mAs düşmektedir. mAs düşüklüğü görüntünün daha granüler olmasına neden olmaktadır. Bunun nedeni hem interpolasyon işlemi hem de tüpün sürekli çalışma ile ısınmasına bağlıdır. Spiral BT'deki longitudinal çözümlemedeki azalma SSP'nin genişlemesine bağlıdır. Sonuçta değişen derecelerde prasiyel volüm artefaktları oluşur ve pitch arttıkça artar. Bu etki 180 derece interpolasyon algoritmleri kullanılması ile en aza indirilmiştir. Spiral BT’deki rekonstrüksiyonun uzun zaman almasının nedeni bu interpolasyondur. Diğeri bir dezavantaj da fazla miktarda kesitin tuttuğu yer ve dolayısıyla sık arşivleme ihtiyacıdır.

14. MULTİDEDEKTÖR (multislice) BT:BT teknolojisinde ulaşılanan son noktadır. Çekim olarak spiral bt den farklı değildir. MDBT'nin avantajı hastanın longitudinal aksı boyunca(z ekseni) 2 veya daha çok sayıda dedektör dizilimi ile donatılmış olması, X ışını kolimasyonunun genişletilebilmesi ve bunların sonucunda masa hızının arttırılabilmesidir. X ışını tüpü ve dedektörler hasta etrafında 360 derece dönmektedir. MDBT'lerde rotasyon zamanı 1 sn nin altına inmiş olup bu hareket artefaktlarını azaltmış, 1 nefes tutmada taranabilecek hacim miktarını arttırmıştır. Ancak rotasyon zamanının kısalması gerrekli X ışını miktadını artırmış bu da tüp soğutma kapasitenin önemini arttırmıştır.

15. Dedektör Geometrisi:Mdbt'lerde dedektörler çok sayıda dedektör dizisinden oluşturulmuş iki boyutlu bir yapıdır. 3 tip dedektör tipi mevcuttur. Paralel sıralanmış eşit genişlikteki dedektör dizilerine matriks dedektör denir. Santralden perifere doğru genişleyen dedektör dizilerine ise adaptif dedektör denir. İki dedektörün birlikte kullanılması ile hibrid dedektör denir. Hibrid dedektörlerde dedektör dizisi santralinde eşit kalınlıkta ince dedektör dizisi kullanılırken kenarlarda eşit kalınlıkta daha geniş dedektör dizileri içerir. Sistemde minimum kesit kalınlığını belirleyen unsur en küçük dedektör elemanının z eksenindeki kalınlığıdır. Bu aşamada en ince dedektör dizi kalınlığı 0,5 mm'dir. Yani bu kalınlıkta kesit alınabilmektedir.

16. Sistemde kesit kalınlığı ve birbirleri ile birleştirilebilen kesit sayısı ışın kolimasyonu dedektör sinyallerinin elektronik olarak toplamı ile oluşturulmaktadır. Örneğin her dedektör sırasının 1.25 mm olduğu 16 sıralı matriks tip dedektörle dedektör sıralarının farklı kombinasyonlarını seçerek (4x125 mm, 4x2,5 mm, 4x3,75 mm, 4x5 mm gibi) değişik kesit kalınlıklarında görüntü elde edilir. Ancak 16x1,25 mm kesit alınmak istendiğinde dedektörün santraline ışınlar dik gelirken dedektörün dış kanallarına belli bir açıyla ulaşırlar ki bu görüntülerde distorsiyona neden olmaktadır. Işının dedektöre ulaştığı açıya cone açısı denir. En dış dedektör dizisinin 1,25 mm genişliğe sahip klduğu durumda 16x1,25 mm kesit alınması ile bu dedektör dizisinden gelen görüntünün efektif kesit kalınlığı 3 mm'ye ulaşmaktadır.

17. Pitch: Spiral BT’de pitch faktörü tüpün tam bir rotasyonu süresinde masa hızının kesit kalınlığına oranı olarak ifade edilir. Çoğu incelemede 1-2 arasındadır. (P=masa hızı/kesit kalınlığı)İncelemelerde pitch değeri arttıkça taranabilecek alan miktarı artmakta ancak görüntü kalitesi azalmaktadır. Görüntü rekonstrüksiyonu:Konvansiyonel spiral BT ‘lerde X ışınının dedektöre açılı gelmesi (cone açısı) neden ile aretfaktlara yol açabilmektedir. Bunun engellenmesi Z-filtre algoritması kullanılır. Görüntü kalitesi:MDBT’de 4 ve altında pitch tercihi spiral BT’de elde edilen görüntülerle eşit kaliteye sahiptir. MDBT’lerde gürültü oranı spiral BT’lerden düşüktür. Düşük pitch gürültüyü azaltır. Radyasyon dozu: Çekim parametrelerinin görüntü kalitesini bozmayacak şekilde ayarlanması ile spiral BT’den farklı değildir.MDBT’lerde pitch 1’in altında iken üstüste binen kesitler nedeni ile radyasyon dozu artar, ancak bu durumlarda effektif mAs azaltılması ile eşit sinyal-gürültü oranına sahip görüntüler elde edilebilir.

18. MDBT’nin avantajları:En önemlisi tarama hızındaki artıştır. Bu da gantry rotasyon süresinin kısalmasına ve pitch faktörünün artışına bağlıdır. 4 dedektörlü MDBT konvansiyonel spiral BT’ye göre 4-8 kat hızlı tarama yapabilmektedir. Artan tarama hızı daha fazla vucut kesiminin daha hızlı incelenmesini sağlar. Toraks yada abdomen incelemeleri tek nefes tutulmasında (5-10 sn) yapılabilmektedir. Bu da hastaya bağlı hareket artefaktlarını en aza indirir. Travmalı hastalarda genel vucut taraması yapılabilir. Pediatrik grupta, bilinci açık olmayan hastalarda inceleme süresinin azalması da önemlidir.BT anjiografilerde hızlı çekim verilmesi gereken kontrast madde miktarını azaltır.İnce kesit alınması 3 boyutlu rekonstrüksiyonlar ile değerlendirmeyi kolaylaştırır ve iyileştirir.

19. Karaciğer, pankreasta arteriyel ve portal venöz fazların incelemeleri tek nefes tutma süresinde gerçekleşmektedir. Hatta karaciğerde tek nefes tutma süresinde iki kez üstüste arteryel faz alınabilmekte bu da erken dönem karaciğer kanserlerinin saptanmasını artırmaktadır.Artmış tarama hızının solunum ve barsak hareketlerinden kaynaklanan artefaktları bertaraf etmesiyle birlikte yüksek uzaysal rezolüsyon la geniş hacimlerin taranabilmesi sanal endoskopiye olanak sağlamaktadır.Koroner arterlerde stenoz varlığının belirlenmesinde plakların görüntülenmesi kalp kasının kanlanmasının değerlendirilmesinde kullanılır.Akut inmeli hastalarda rutin patolojinin belirlenemediği ilk 6 saatte MDBT ile serebral kan akımının değerlendirilerek tanı konması mümkündür.

20. MDBT’nin dezavantajları:Özellikle near isotropikgörüntüleme tercih edildiğinde elde edilen veri miktarında ileri derecede artış olmaktadır. 4x1 kolimasyonda yaklaşık 60 cm uzunlukta toraks-abdomen incelemelerinde kesitlerin üstüste binmesine bağlı olarak 500-800 görüntü olmaktadır. Aorta ve periferal arterlerin BTA incelemesinde 1000 civarında görüntü elde edilmektedir.Bu kadar görüntünün incelenmesi ve saklanması sorun oluşturmaktadır.3 boyutlu rekonstrüksiyonlar sorunu kısmen çözer. Bunlar;multiplanar reformasyon (MPR), maximum intensity projection (MİP), shaded surface display (SSD) ve volume rendering (VR) teknikleridir.

21. BT de görülen artefaktlar:1. Bt fiziğinin bir sonucu olarak gelişenler:a. Parsiyel volüm etkisi: Bt nin veri elde etme tekniğinden kaynaklanan bir artefaktdır. Voksel içinde tek bir dokunun varlığı durumunda, vokselin piksele yansıttığı X ışını atenüasyon değeri tamamiyle o dokunun atenüasyon değeri ile uyumlu olacaktır. Eğer bir doku voksel volümünü tamamen doldurmuyorsa, aynı voksel içersinde diğer dokularla birlikte ortalama dansitesi alınarak piksellere yansıtılacağından yoğunluğu gerrçeğinden farklı olarak ölçümlenecektir. Örneğin ilgili voksel içinde biri +10 diğeri + 70 HU değerinde ve eşit kalınlıkta iki farklı doku bulunuyor olsun. Bu durumda eşit hacimlerdeki her iki doku dansitesi toplanarak 80 HU nun ortalaması alınarak pikseldeki karşılığı 40 HU şeklinde, her iki dokunun atenüasyon değerlerinden farklı olarak saptanmaktadır. Bu parsiyel volüm etkisidir. Tamamen önlemek mümkün değildir. kesit kalınlığı azaltılarak ve mAs değerinin artırılması ile kısmen önlenebilir.

23. Ring artefaktı:Dedektör dengesizlikleri ve bozukluklarının oluşturduğüiu bir artefaktdır. X ışının yoğunluğundaki küçük oynamalar hassas şeklide kalibre edilmemiş dedektörlerr tarafından algılanamaz. Bu durumda dedektörler radyasyon sinyali olmadığı halde varmış gibi yada yüksek X ışını yoğunluğundan doyarak artmakta olan intensiteye yanıt vermemek gibi yanlışlıklara düşmektedir.

25. Streak artefaktı:Yüksek contrast yoğunluğuna sahip metal, amalgam diş dolgusu, metalik klip ve kurşun gibi cisimlerin kenarlarında gelişen ışınsal tarzda artefaktlardır. Yüksek dansiteli cismin, X ışınını transmisyonunu ve dedektörlere ulaşmasını engellemesi nedeniyle bu bölgeden hiç kayıt yapılamamakta ve imajda cismin etrafında ışınsal çizgilenmeler ortaya çıkmaktadır.

27. Obje hareketi ile gelişen artefaktlar:Kesitlerin alımı sırasında, objenin hareketi, incelenen anatomic bölgeyi değiştirerek elde edilen verilen arasında bir devamsızlık ve tutarsızlığın ortaya çıkmasına yol açmaktadır. Veriler arasındaki bu tutarsızlık, rekonstrüksiyon sonrasında görüntü üzerinde hareket yönü doğrultusunda birbirine parallel çizgiler şeklinde görülmektedir. Hareket artefaktları kesit alımının daha uzun sürede gerçekleştiği sistemlerde oldukça büyük sorunlar yaratırken yeni teknolojik iyleştirmelerle çok kısa zaman dilimlerinde kesit alabilen BT cihazlarında ihmal edilebilecek düzeylere inmiştir.