Grundläggande röntgenteknik & fysik Angiografi- och interventionsutrustning. Maria Larsson Sjukhusfysiker, MFT

Transkript

1 Grundläggande röntgenteknik & fysik Angiografi- och interventionsutrustning Maria Larsson Sjukhusfysiker, MFT

2 Vad är strålning? Röntgenutrustning Teknik Fysik Innehåll

3 Vad är strålning? Joniserande strålning Ickejoniserande strålning Elektromagnetisk strålning Partikelstrålning

4 Vad är strålning? Joniserande strålning Ickejoniserande strålning Transport av energi! Elektromagnetisk strålning Partikelstrålning

5 Strålning Radio Mikrovågor Infrarött Synligt ljus UV-ljus Röntgen Gamma Icke-joniserande Joniserande => Ger stråldos

6 Joniserande strålning Avlämnar tillräckligt mycket energi för att orsaka jonisationer

7 Röntgenutrustningen Bilddetektor Vilket är röntgenröret? Strålkälla - röntgenrör

8 Underrör

9 Röntgenutrustningen - Röntgenröret Artificiell strålkälla Kräver ström och spänning för att producera strålning

10 Röntgenröret + Rörspänning (kv) + - ma - 99% blir värme, 1% blir röntgenstrålning!

11 Röntgenstrålning - Principen Glödström Katod (-) Elektroner Rörström (ma) Rörspänning (kv) Anod (+) Röntgenfotoner Glödströmmen upphettar katoden. Elektroner frigörs. Inställd ma styr glödströmmens storlek & elektronernas antal, rörströmmens storlek. Elektronerna accelereras mot anoden av en hög spänning. Hastigheten på elektronerna styrs av rörspänningens storlek. Elektronerna träffar anoden med hög hastighet. Rörelseenergin omvandlas till värme (99%) och röntgenstrålning, fotoner (1%).

12 Rörspänning - kv Högre kv ökar energin ökar genomträngningsförmågan 100 kv 60 kv påverkar kontrasten Påverkar dosen

13 Rörspänning - kv Ändring av kv

14 Röntgenstrålning - fotonenergi Fotonenergi - enhet elektronvolt (ev) = energin hos en elektron som accelererats med spänningsskillnaden 1 V Exempel Rörspänning Energi hos elektron som når anoden Fotonenergi, maximalt V (80 kv) ev (80 kev) ev (80 kev) Under en röntgenexponering landar många elektroner i anoden Den energi som överförs till en foton kommer att variera inom % Fotonerna kommer att få energier inom området 0-80 kev

15 Högre ma minskar bruset ökar dosen Rörström- ma Ökad ma

16 Rörström - ma Ändrar ma

17 Röntgenstrålning Två slags röntgenstrålning Bromsstrålning Ett spektrum av fotonenergier- låg - hög Karaktäristisk röntgenstrålning Specifika fotonenergier beroende på anodmaterial

18 Röntgenstrålning - spektrum Antal fotoner Fotonernas medelenergi Bromsstrålning Karaktäristisk röntgenstrålning Fotonernas maximala energi Fotonenergi, kev Figur x. Röntgenspektrum, rörspänning 80 kv

19 Filter Filtrering

20 Röntgenstrålning - filtrering Rörets glasvägg + tillsatsfiltrering = totalfiltrering Tillsatsfiltrering kan varieras (2-6 mm Al, mm Cu) Filtrering påverkar fördelningen av fotonenergier Antal fotoner Röntgenstrålning 80 kv utan filter Tillsatsfilter Katod Glasvägg Anod Bländare 80 kv med filter kev Röntgenrör Röntgenspektrum med och utan filter

21 Filtrering A: Hypothetical spectrum B: Spectrum från W-anod C: Filtered W-spektrum (2.5 mm Al additional) X-ray spectrum, 100 kv

22 Borttaget av filter Antal fotoner Tilläggsfiltrering Standardfilter Tilläggsfilter Fotonenergi, kev Automatiskt anpassad till patienttjocklek under genomlysning för reducerad personal- och patientstråldos. Ingen tilläggsfiltrering under bildtagning för optimal bildkontrast Röntgenspektrum 100 kv

23 Pulsad genomlysning på av pulsad tid

24 Pulsad genomlysning Dosrat Röntgenrör Tid Display Bildvisning Tid Bilden fylls ut med information från 1 tills 2 kommer, osv.

25 Princip för röntgen Luft i lungor dämpar röntgentrålningen mycket lite Mjukvävnad dämpar lite mer Skelett dämpar mest Röntgenstrålning ut från kroppsdel 0,1-10 % Bild från Håkan Petersson Linköping

26 Röntgenbilden och strålningen Kroppens organ och eventuellt tillförda ämnen och material har olika kemisk sammansättning. Sannolikheten för absorption och spridning i ett organ beror på: - Fotonernas energi - Densitet hos ingående ämnen - Atomnummer hos ingående ämnen - Tjocklek hos organet Röntgenstrålningen absorberas och sprids i varierande grad på vägen genom kroppens organ den strålning som återstår efter passagen fångas upp och ger upphov till röntgenbilden

27 Vad händer med fotonen i primärstrålningen? Primärstrålning absorberad strålningsenergi Bildgivande strålning Spridd strålning till omgivning Spridd strålning till bildmottagare 1. Passerar genom kroppen oförändrad och träffar bildmottagaren 2. Genomgår spridning den spridda strålningen går igenom kroppen och träffar detektorn 3. Genomgår spridning den spridda strålningen går igenom kroppen men missar detektorn och går ut i omgivningen 4. Genomgår spridning den spridda strålningen absorberas i kroppen 5. Absorberas helt

28 Röntgenstrålningens transmission (70 kv) Transmission % 10 Transmissionsskillnader: Objektkontrast, röntgenprofil 0 blodkärl med jodkontrast lunga 15 cm kota Röntgenstrålning

29 Interventionsradiologi-röntgenstrålning Bildgivande strålning Spridd strålning Primärstrålning = Röntgenstrålning, röntgenfotoner

30 Raster Raster

31 Sekundärstrålning i bild - raster Fokuserings- Avstånd, f 0

32 Rasterproblem Fel fokusavstånd Upp och ner Bushong

33 Inverkan av sekundär strålning i bilden Utan raster Med raster

34 Förstoringsfaktor Alla röntgenbilder är föstorade bilder av verkligheten FOA = fokus-objekt-avstånd FDA = fokus-detektor-avstånd FOA FFA FDA Förstoringsfaktor: FDA/FOA

35 Detektorer

36 Detektorer

37 Bildförstärkare Ingångsskärm -glas eller titan Utgångsskärm -fosfor Infallande röntgenstrålning Elektroner Synligt ljus Fluorescens skikt fosfor (ZnCdS: Ag) Anoder Scintillationsskikt Fokuseringselektroder Cesiumjodid Fotokatod (CsI:Na) Cesium antimonid (CsSb)

38 Bilddetektor intervention Digitalt system scintillator amorphous Silicon X-rays CsJ(Tl) a-si:h photodiodes cross section signal lines control lines X-ray s light image matrix Röntgenstrålning Scintillator pixelsize µm x x µm µm Ljus Fotodioder i matris Digital bildinformation i matrisform

39 Bilddetektor: Bildtagning genomlysning - angio Enkelbild, röntgenbild : En strålningspuls en röntgenbild Genomlysning, angioserie: Pulsad strålning (1-30p/s) 1-30 röntgenbilder/s rörligt förlopp visas på monitor

40 Digital bild enligt Nationalencyklopedin, band 4.. bild som endast är definierad i ett bestämt antal punkter i vilka den endast kan anta ett begränsat antal värden.

41 Vad menas med digital radiologi? Digital - analog Vad är digitalt i en digital röntgenbild?: bildelement (pixlar) gråskalenivåer

42 Vad är det för speciellt med Logistik: Lagras på datorer Skickas på nätverk kan granskas på monitorer Kan bildbehandlas: bättre skärpa - kantförstärkning bättre kontrast mindre brus Svärtningen är (nästan) oberoende av dosen digitala bilder?

43 Bildmatrisens storlek Spatiell upplösning antal pixlar i x- och y-led exempel 10x27 exempel 149x312

44 Kontrastdjup Kontrastupplösning Antal gråtoner att välja mellan i varje pixel Exempel: 2 gråtoner

45 Kontrastdjup Kontrastupplösning Exempel: 4 gråtoner

46 Konventionell film 0.5 mas 1 mas 2 mas 4 mas 8 mas 16 mas 32 mas 63 mas underexponerad (400) överexponerad

47 Digitalt system 0.5 mas 1 mas 2 mas 4 mas 8 mas 16 mas 32 mas 63 mas (3200) (1600) (800) (400) (200) (100) (50) (25)

48 Dynamisk direktdigital detektor för genomlysning

49 Automatisk dosreglering - AEC Dos till detektor hålls konstant för konstant bildkvalitet AEC Generator kv, ma, filter,

50 Organval - Dosregleringskurva Låg-dosvarianten ökar kv vid ökad patienttjocklek sämre objektskontrast Inte så stor dosökning Högkontrasttyp höjs istället ma högre dos (bibehålla kv) Jod avbildas bäst vid 70-80kV (högkontrast kan också kallas jodkontrast ).

51 Dosreglering kv/ma-reglering kv 120 "Låg-dos 100 Ökande tjocklek 80 "Hög-kontrast 60 ma 0 10 Rörspänning (kv) - bildkontrast - dos Automatisk exponeringskontroll (AEC) bibehåller konstant dos/puls till bildmottagaren

52 Genomlysning livebilder Pulsad genomlysning på av pulsad tid

53 Pulsad genomlysning Dosrat Röntgenrör Tid Display Bildvisning Monitorbilden visar information från 1 tills 2 kommer, osv. Tid

54 Brusreduktion i genomlysningsbilder Datainsamling Visning Fix brusreduktion med medelvärdesbildning av tre bilder successivt. Ingen detektering av rörelse. Risk för eftersläpning i det resulterande avbildningsförloppet.

55 Pulsad strålning: Patienttjocklek mas/puls kv 120 Ökande tjocklek 100 Kraftig patient 80 Reglerkurva mas/puls 60 ma mas/puls 0 10 Tunn patient Dos till detektor konstant!

56 Genomlysning-angioserie Genomlysningsbilden är ett arbetsverktyg vid kateterisering och betraktas som en film där ögat inte urskiljer enstaka bilder. Lägre krav på bildkvalitet i enstaka bildrutor. Den angiografiska bildserien är dokumentation av kärlanatomi och behandlingsresultat. Betraktas som en film och som enstaka bilder. Högre krav på bildkvalitet i enstaka bildrutor.

57 Genomlysning Pulsad genomlysning på av pulsad tid

58 Genomlysning - angiografi

59 Angiografiska bilder efter kontrastmedelsinjektion Nativa bilder: Konventionella röntgenbilder av anatomiska strukturer tillsammans med kontrastmedelsfyllda kärl Subtraherade bilder anatomiska strukturer subtraheras bort, bilder visar enbart kontrastmedelsfyllda kärl

60 DSA - Digital subtraktionsangiografi Maskbild DSA före kontrastinj. DSA 1 efter kontrastinj. DSA 2 efter kontrastinj. DSA 3 efter kontrastinj. DSA 4 efter kontrastinj. DSA 5 efter kontrastinj. DSA 6 efter kontrastinj. En serie subtraherade stillbilder (1-5 b/s) skapas under kontrastinjektionen. Visas separat eller som rörlig film

61 DSA

62 Bildtagning Bildtagning på av tid

63 Bildserie

64 Rotationsangiografi Alt 1 Alt 2 Rotation: grader, gr/ s 100 exponeringar Rotationsangiografi Alt 1 Alt 2 Rotation: grader, grader/s

65 Systemdes ign -i IQ / Dose Image Quality & Dose 3D Acquisition Modes 3D DA 3D DSA 3D B&D Fusion 3D CT Angular segment : 200 Acquisition Frame rate : 30 B/s Rotation speed : 50 2 /frame 30 1 /frame Projections Projections Projections

66 CBCT Cone Beam CT Robert C. Orth, JVIR,

67 Exponeringsdata - CBCT Rörspänning: kv Rörström: Hög pulsad Rotationstid: 4-20 s Bilder per rotation:

68 Grundprincip CT Fan beam

69 Huvudkomponenter i CT:n

70 Roterande CT-gantry

71 Cone beam Multislice

72 Bildkvalitet Lågkontrastupplösning 10 HU mot 3 för CT Tidsupplösning 4 s/varv mot 0,3 för CT Spatiell upplösning 19 lp/cm mot 14 för CT

73 Kontrastupplösning CBCT - CT

74 Utan inbländning Med inbländning

75 Spatiell upplösning CBCT Head - CT Head

76 XperCT buk mycket snabb VLD XperCT buk mycket snabb LD XperCT buk snabb HD XperCT buk snabb LD Buk Bäcken XperCT buk LD (roll/prop) 3D-RA roll 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 Effektiv dos (msv) Low Dose 3D 5sDR-L InSpace 5s Dyna CT 8s Buk Bäcken Large Volume 3D 16s =Förberedande CT 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 Effektiv dos (msv)

77 Tack för mig!