Radiofysikavdelningen

Radiofysikavdelningen Sektionen för Röntgenfysik, US, Linköping Bildkvalitetslaboration CT Jonas Nilsson Althén och Michael Sandborg Leg. sjukhusfysiker Radiofysikavdelningen US Linköping Rapport Radfys-2011-03 2011-03-02 Ansvarig utgivare Michael Sandborg Radiofysikavdelningen

Inledning Denna laboration ska illustrera de grundläggande bildkvalitetsparametrarna som lågkontrast och högkontrast eller spatiell upplösning och vilka faktorer som påverkar dem. Laborationen omfattar även hur CT-värden (HU-värden) påverkas för olika inställningar samt vad som händer vid felpositionering. Effekterna illustreras dels med renodlade bildkvalitetsfantom dels med humanfantom för att ge en bättre bild av hur effekterna ser ut i en klinisk bild. Definitioner Lågkontrast: Definieras som skillnad i HU-värde mellan ett objekt i bilden och omgivande material/vävnad Högkontrast: Även kallat spatiell upplösning, är ett mått på hur små objekt systemet kan särskilja i en bild. HU-värde: Definieras som HU m =1000* (µ m -µ w )/µ w där µ w är attenueringskoefficienten för vatten och µ m är attenueringskoefficienten för det material man vill beräkna HU-värdet för. Den här definitionen ger att HU-värdet för vatten är 0 och HU-värdet för luft är -1000 eftersom µ m för luft är 0. Fantombeskrivning Det bildkvalitetsfantom som används i laborationen heter Catphan 504 och består av ett antal cylindriska sektioner med olika innehåll som tex lågkontrast-sektion, högkontrast-sektion, homogenitet mm. Figur 1: Catphan-fantomet. Ytterdiameter 200 mm och längd c:a 200 mm

Figur 2: schematisk bild av lågkontrastsektionen i Catphan-fantomet. Den yttre delen av sektionen består av 3 olika kontrast-nivåer där varje nivå innehåller 9 objekt med successivt minskande diameter. Figur 3: schematisk bild av högkontrastsektionen i Catphan-fantomet. Sektionen består av linjegrupper som blir successivt tätare och tätare. Första gruppen motsvarar 1 linjepar/cm, andra 2 Linjepar/cm osv.

Figur 4: Fantomsektionen med olika material för test av HU-värden. Mätning görs på Teflon, akryl och luft. OBS! Bilden är medvetet vänd upp och ner för att överensstämma med bilden i PACS. Utförande Bilderna hänger i PACS under us-nr: SESLIN0024340162 Tanken är att utnyttja PACS:ets möjligheter att ändra fönstersättning, zooma och göra mätningar av pixelvärden och standardavvikelse för att bättre kunna bedöma hur bilderna påverkas av olika inställningar. I tabell 1 beskrivs hängning för hängning vilka parametrar som ändrats och här fyller man i de iakttagelser man gör.

Tabell 1: Laborationens olika moment Hängning 1: olika kv 1 15:21:35] 2 15:22:20] 3 15:12:03] 80 kv, 400 mas 100 kv, 290 mas 200 mas Lågkontrast Stdav HU 4 140 kv, 138 mas 15:23:24] Hängning 2: olika kv hur påverkas HU-värdet? 5 15:31:07] 6 15:31:45] 7 15:30:20] 80 kv, 400 mas 100 kv, 290 mas 200 mas 8 140 kv, 138 mas 15:32:30] Hängning 3: olika snittjocklekar 9 15:12:03] 10 15:13:01] 11 15:14:42] 5 mm, 200 mas 1,2 mm, 200 mas 14,4 mm, 200 mas HU teflon kl 1 Lågkontrast HU-objekt minus HUbakgrund HU akryl kl 5 Brus centralt Stdav HU HU luft kl 6

Hängning 4: Olika snittjocklekar, humanfantom Högkontrast 12 13 14:00:59] 14 13:20:39] 5 mm, 200 mas 1,2 mm, 200 mas 5 mm, 120 kv 15 2 mm, 120 kv 13:20:39] Hängning 5: Olika mas-värden 16 15:12:03] 17 15:18:07] 120kV, 200 mas 100 mas Lågkontrast Stdav HU 18 400 mas 15:16:46] Hängning 6: olika rekonstruktionskernlar 19 15:12:03] 20 15:19:34] 21 15:19:34] B31s B10s B50s Lågkontrast Stdav HU

Hängning 7: olika rekonstruktions-kernlar, humanfantom thorax Högkontrast 22 13:20:39] 23 13:20:39] 24 13:20:39] B31f B10f B80f

Hängning 8: olika rekonstruktionskernlar humanfantom skalle Högkontrast 25 26 27 B31s B10s B50s 28 B80s Hängning 9: olika FOV (Field Of View) 29 13:23:34] 30 13:23:34] 200 mm 50 mm Högkontrast 31 500 mm 13:23:34] Hängning 10: olika FOV (Field Of View) humanfantom, skalle 32 33 34 35 200 mm 110 mm 500 mm 50 mm Högkontrast

Hängning 11: liten och stor patient Lågkontrast 36 50 mas 13:56:00] 200 mm 37 13:58:01] diameter 400 mas 300 mm diameter Brus centralt Stdav. HU 38 140 kv, 357 mas 13:59:40] 300 mm diameter Hängning 12: centrering av patienten och artefakter 39 13:20:39] 40 13:26:22] 41 13:30:00] centrerad -5 cm -10 cm Brus visuellt 42 +3 cm 13:37:44] Hängning 13: artefakter fantom och humanfantom Thorax 43 13:59:40] 44 14:02:00] 45 13:20:39] 46 13:34:03] 140 kv, 357 mas 140 kv, 357 mas 48 mas 46 mas Skräp på gantryt Felcentrering Brus visuellt

Hängning 14: artefakter fantom 47 [2010-09-03 250 mas 10:48:02] 48 [2010-09-03 10:57:07] 49 [2010-09-03 10:57:44] 250 mas 250 mas 50 [2010-09-03 250 mas 11:02:24] Hängning 15: partiell volymseffekt, skallfantom 51 14:10:45] 52 14:13:26] 5 mm 1,2 mm Högkontrast

Förslag till slutsatser: Hängning 1: Ingen större skillnad, kv har mindre betydelse för kontrasten då HU ligger nära varandra Hängning 2: Visa µ-värden för olika material och hur energiberoendet ser ut Hängning 3: Ju tjockare snitt desto mindre brus om mas-värdet är konstant. Detta påverkar lågkontrastupplösningen för framförallt mindre objekt som blir svårare att se vid höga brusnivåer. Hängning 4: Ju tunnare snitt desto bättre högkontrast, dvs små strukturer framträder tydligare. Hängning 5: Bruset i bilden beror av dosnivån, för att halvera brusnivån måste dosen ökas en faktor 4. Hängning 6: Olika rekonstruktionskernlar framhäver olika saker i bilden, tex reducerar B10s bruset kraftigt vilket samtidigt försämrar högkontrastupplösningen. B50s kantförstärker vilket ökar högkontrastupplösningen men förstärker samtidigt bruset. Hängning 7: Se beskrivningen för hängning 6 Hängning 8: Se beskrivningen för hängning 6 Hängning 9: Valet av rekonstruktionsdiameter styr vilken pixelstorlek man får i sin bild vilket i sin tur påverkar högkontrastupplösningen i bilden eftersom bildmatrisen är fix 512x512 bildelement. Hängning 10: Se beskrivningen för hängning 9 Hängning 11: Ju tjockare patient desto högre dos krävs för att få samma brus i bilden. 3 cm diameterökning kräver en fördubbling av dosen grovt sett.

Hängning 12: Centreringen av patienten i gantryt är viktig eftersom det styr vilken dosnivå systemet väljer för undersökningen. Om patienten centreras för lågt kommer dosen att bli för låg och om centreringen är för hög blir dosen för hög förutsatt att översiktsbilden tas i AP-geometri. Vid PAgeometri blir det tvärtom så att för låg centrering ger högre dos och för hög centrering ger lägre dos. Det beror på att systemet uppskattar patientstorleken utifrån översiktsbilden och anpassar exponeringen utifrån det. Ju längre från röret patienten hamnar desto mindre uppfattar systemet att patienten är. Dessutom kommer dosfördelningen i patienten att bli felaktig vid felcentrering vilket resulterar i ojämnt brus i bilden. Hängning 13: Bild 2 illustrerar vad som händer om det ligger något skräp på gantryt, tex jodkontrastspill. Bild 4 illustrerar hur dosfördelningen blir felaktig vid felcentrering pga att patienten hamnar snett i förhållande till bowtiefiltret. Bild 3 och 4 har samma CTDI. Hängning 14: Detta är bara ett exempel på vad som kan hända på en datortomograf. Just denna incident ledde till att ett litet barn remitterades vidare till MR för att man trodde sig ha sett något misstänkt på barnets skallbilder. Vad som hände i maskinen var att det kommit in luft i oljan som kyler röret och luftbubblor vandrade in i strålfältet under rotation och skapade artefakter i bilderna. Detta hände lite slumpmässigt vilket illustreras av fantombilderna. Det togs 4 bilder i rad men artefakterna syns bara på de tre första. Hängning 15: Se beskrivning för hängning 4.

Appendix Tidigare rapporter från Radiofysikavdelningen Sektionen för röntgenfysik, Universitetssjukhuset i Linköping 1999 Radfys-99-01 Utredning av extrafokal strålning på mammografi Michael Sandborg, Jonas Nilsson 99-06-29 Radfys-99-02 Personaldosmätning lab 10 US 1999 Michael Sandborg, Jonas Nilsson 991101 Radfys-99-03 Omgivningsmätning osteoporosenheten 1999 Michael Sandborg, Jonas Nilsson 99-10-26 Radfys-99-04 Analys av filmkassation 1999 Slutrapport Michael Sandborg, Jonas Nilsson och Jan Persliden Radfys-99-05 Jämförande mätning av strålskydd med blygummiförkläde och XenoliteTM Michael Sandborg, Jonas Nilsson 99-11-16 Radfys-99-06 Jämförande mätningar av absorberad dos vid röntgenundersökning av sinus med konventionell teknik (Orbix) och datortomografi (CT) Michael Sandborg, Jonas Nilsson 990504 Radfys-99-07 Patientdosmätningar på röntgenavdelningarna i Östergötlands läns landsting Anno Domino 1999 Michael Sandborg, Jonas Nilsson 99-12-01 2000 Radfys 2000-01 Mätning av spridd strålning på lab 8 och 13 Jonas Nilsson, Michael Sandborg 2000-02-23 Radfys 2000-02 En bildkvalitetsjämförelse mellan 4 digitala och 2 analoga lungröntgensystem med hjälp av tio kvalitetskriterier Michael Sandborg, Jonas Nilsson 2000 04 18 2001 Radfys 2001-01 Uppskattade huddoser vid röntgengenomlysning i Östergötland baserade på rapporterade genomlysningstider Michael Sandborg och Jonas Nilsson 2001-08-17 Radfys 2001-02 Jämförelse av patientstråldoser vid scoliosundersökning med exponering (lab1) och genomlysning (lab 5) Jonas Nilsson och Michael Sandborg 2001-08-30 Radfys 2001-02 Patientstråldoser vid Xe-kontrast CT-undersökningar på NIVA Jonas Nilsson Michael Sandborg och Håkan Pettersson 2001-10-23 2002 Radfys 2002-01 Genomlysningstider och huddoser 2001. Michael Sandborg och Jonas Nilsson 2002-03-14 Radfys 2002-02 Laboration bildkvalitet vid konventionell röntgen. Jonas Nilsson och Michael Sandborg 2002-03-15 Radfys 2002-03 Patientstråldoser vid lungemboli och multislice CT Jonas Nilsson och Michael Sandborg 2002-02-01 Radfys 2002-04 Patientdosjämförelse vid halsryggsundersökningar med konventionell radiografi (Arcosphere) och datortomografi Michael Sandborg Radfys 2002-05 Jämförelse orbixstråldoser mellan Kisa och Lab 17 US Jonas Nilsson Althén Radfys 2002-06 Sinuit på multisnittsdatortomograf Jonas Nilsson Althén Radfys 2002-07 utredning gravid kvinna Jonas Nilsson Althén

2003 Radfys 2003-01 Urografiutredning konventionellt-ct ViN Jonas Nilsson Althén 2003-01-22 Radfys 2003-02 Internkalibrering av KAP-metrar Jonas Nilsson Althén, Michael Sandborg 2003-02-10 Radfys 2003-03 Sammanställning av genomlysningstider och uppskattade huddoser vid röntgenundersökningar med bildförstärkare i Landstinget i Östergötland 2002 Michael Sandborg 2003-03-25 Radfys 2003-04 Patient- och personaldoser vid ablationer i hjärtkatlab på Thoraxradiologen, US Michael Sandborg 2003-06-23 Radfys 2003-05 Bestämning av dos- och känslighetsprofil för datortomografer Jalil Bahar och Jonas Nilsson Althén 2003-09-15 2004 Radfys 2004-01 Optimering av DT-kolon på Toshiba Aquilion Jalil Bahar 2004-01-15 Radfys 2004-02 Bildkvalitet vid projektionsradiografi Michael Sandborg 2004-02-24 Radfys 2004-03 Sammanställning av genomlysningstider och uppskattade huddoser vid genomlysning med bildförstärkare i Landstinget i Östergötland 2003 Michael Sandborg 2004-03-20 Radfys 2004-04 Utredning av mammografiljusskåpens ljusstyrka i Motala och Linköping Jalil Bahar 2004-10-20 Radfys 2004-05 Incidentrapport från Motala röntgenavdelning Lab1 i samband med Philips uppgradering Jalil Bahar 2004-10-20 Radfys 2004-06 Korskalibrering av Hagner S2 (Linköping) mot Hagner S3 (Umeå) Jalil Bahar 2004-10-21 Radfys 2004-07 Sammanställning och analys av diagnostiska standardstråldoser i Landstinget i Östergötland 2002-2004. Michael Sandborg, Jalil Bahar, Jonas Nilsson Althén 2004-11-04 Radfys 2004-08 Ansiktsskelett en jämförelse mellan CT och konventionell teknik. Jonas Nilsson Althén 2004-11-05 Radfys 2004-09 Sammanställning patientdosmätningar vid endovaskulär neurokirurgi - för de 100 första patienterna Michael Sandborg 2004-11-18 2005 Radfys 2005-01 Sammanställning av genomlysningstider och uppskattade huddoser vid användning av röntgenbildförstärkare i LiO 2004 Michael Sandborg 2005-03-03 Radfys 2005-02 Utvärdering av bildkvalitet vid digital lungradiografi vid röntgenklinikerna i Norrköping och Linköping. Michael Sandborg och Jonas Nilsson Althén 2005-03-29 Radfys 2005-03 Introduktion, klinisk implementering och klinisk bildkvalitetsutvärdering av bildbehandlingsystemet UNIQUE vid Röntgenkliniken i Linköping Michael Sandborg och Jonas Nilsson Althén 2005-04-15 Radfys 2005-04 Förändringar i genomlysningstider vid användning av röntgen-c-bågar i LiO, Michael Sandborg 2005-06-22 Radfys 2005-05 Riktlinjer för utredning av fosterdos vid undersökning av gravida med DT LiÖ, Jalil Bahar 2005-07-20 Radfys 2005-06 Riktlinjer för utredning av fosterdos vid undersökning av gravida med konventionella röntgenutrustningar LiÖ Radfys 2005-07 Fantommätningar på DSA-lab (ViN) för ERCP-undersökningar, Jonas Nilsson Althén

2006 Radfys 2006-01 Sammanställning av genomlysningstider och patientdoser vid användning av röntgengenomlysningsutrustningar i Landstinget i Östergötland år 2005 Michael Sandborg 2006-06-22 Radfys 2006-02 Genomlysningstider vid användning av röntgen-c-bågar i LiO under 2000-talet Michael Sandborg 2006-06-26 Radfys 2006-03 Utökad personaldosimetri vid elektrofysiologiska ingrepp Michael Sandborg 2006-07-06 Radfys 2006-04 Miljödosmätningar på röntgenkliniken i Linköping Michael Sandborg 2006-06-26 Radfys 2006-05 Simulering av neonatallungdoser Jonas Nilsson Althén 2006-08-22 Radfys 2006-06 Personaldosmätningar vid ERCP i Norrköping Jonas Nilsson Althén 2006-08-24 Radfys 2006-07 Halsrygg AP kontra PA Jonas Nilsson Althén 2006-10-24 2007 Radfys 2007-01 Patientstråldoser vid tunntarmspassageundersökning Jonas Nilsson Althén Radfys 2007-02 Miljödosmätningar rtg ViN 2006 Jonas Nilsson Althén Radfys 2007-03 Omgivningsdosmätning mammografi ViN Jonas Nilsson Althén 2007-03-27 Radfys 2007-04 Genomlysningstider 2006 Michael Sandborg Radfys 2007-05 Uppföljning av genomlysningstider tom 2006 Michael Sandborg Radfys 2007-06 Individuella genomlysningstider 2006 Michael Sandborg Radfys 2007-07 DSD-panorama 2006 Ebba Helmrot Radfys 2007-08 Verifiering av stråldoser vid hjärt-ct med EKG-triggning Jonas Nilsson Althén Radfys 2007-09 Kortfattad Barracudamanual Jonas Nilsson Althén Radfys 2007-10 Personaldosmätning Op ViN Jonas Nilsson Althén Radfys 2007-11 Kalibrering av KAP-metrar Michael Sandborg Radfys 2007-12 Optimering av exponering på neonatallungor Jonas Nilsson Althén 2007-11- 28 Radfys 2007-13 DSD vid DT-undersökningar på LiM, 2007 Henrik Karlsson Radfys 2007-14 Kontroll av KAP-meter, C-båge Henrik Karlsson och Ebba Helmrot 2008 Radfys 2008-01 Incident vid lab 3 LiM Henrik Karlsson Radfys 2008-02 Jämförelsemätning PTW-WDCT10 pennjonkammare Jonas Nilsson Althén Radfys 2008-03 Mätning av pulsad genomlysning på lab 5 Jonas Nilsson Althén och Ebba Helmrot Radfys 2008-04 Miljödosmätningar Röntgen US 2007 Michael Sandborg Radfys 2008-05 Internkalibrering av CTSD16 Jonas Nilsson Althén Radfys 2008-06 Miljöstråldosmätningar kring mammografiutrustning 2007, LiM Henrik Karlsson Radfys 2008-07 Utökad personaldosimetri LMK 2008, Michael Sandborg Radfys 2008-08 Jämförelse av ljusmätare X-RITE och Hagner S4, Henrik Karlsson Radfys 2008-09 Utökad personaldosimetri vid ERCP på röntgenrum 4 Röntgenkliniken US Linköping Michael Sandborg Radfys 2008-10 Utökad personaldosimetri vid D colon på röntgenrum 5 Röntgenkliniken US Linköping Michael Sandborg

Radfys 2008-11 Utökad personaldosimetri vid Röntgeninterventionslab Endovaskulär neurokirurgi ANOP-C, US Linköping, Michael Sandborg Radfys 2008-12 Uppföljning av genomlysningstider med röntgen-c-bågar i LiÖ Michael Sandborg Radfys 2008-13 Sammanställning av genomlysningstider och patientdoser vid användning av röntgengenomlysningsutrustningar i Landstinget i Östergötland år 2007 Michael Sandborg Radfys 2008-14 Diagnostiska standarddoser i LiÖ från röntgendiagnostiska undersökningar 2004-2007 Michael Sandborg Radfys 2008-15 Förexponering av svåra röntgenprojektioner - en dosanalys Michael Sandborg Radfys 2008-16 Individuella genomlysningstider med röntgen-c-bågar i LiÖ 2007 Michael Sandborg Radfys 2008-17 Omgivningsdosmätning på stenkrossen ViN 2008 Jonas Nilsson Althén Radfys 2008-18 Jämförelse mellan olika CTDI-mätprober Jonas Nilsson Althén Radfys 2008-19 Rapport 2008_19 Laboration bildkvalitet vid konventionell röntgen nu med bäckenbilder Jonas Nilsson Althén och Michael Sandborg 2009 Rapport 2009_01 Trendanalys Röntgenapparater LiÖ Rapport 2009_02 Utökad personaldosimetri PCIrum2 2008 Rapport 2009_03 Genomlysningstider 2008 Rapport 2009_04 Uppföljning av genomlysningstider tom 2008 Rapport 2009_05 Jämförelse av ljusmätare X-RITE SMfit Hagner S4 Rapport 2009_06 Patientstråldoser vid DT i Norrköping mätperioden 2008-2010 Jonas Nilsson Althén Rapport 2009_07 Individuella_genomlysningstider_2008 Michael Sandborg Rapport 2009_08 Utökad personaldosimetri vid HC 2009 Michael Sandborg Rapport 2009_09 utredning flicka med tumör Jonas Nilsson Althén Rapport 2009_10 Strålskyddsövning Michael Sandborg Rapport 2009_11 Utökad personaldosimetri vid lab10 2009 Michael Sandborg Rapport 2009_12 Avvikelser Röntgenapparater LiÖ 2009 Michael Sandborg 2010 Rapport 2010_01 konversionsfaktorer för barn Rapport 2010_02 Miljödosmätningar LiÖ 2010 Rapport 2010_03 Jämförelse av ljusmätare X-RITE SMfit Hagner S4 Rapport 2010_04 Utökad personaldosimetri vid ortopeden 2010 Rapport 2010_05 uppskattning vid epifarynx med videofilmning på lab 5 Rapport 2010_06 Miljödosmätningar Seldinger 2010 Rapport 2010_07 Genomlysningstider 2009 Rapport 2010_08 Uppföljning av genomlysningstider tom dec 2009 Rapport 2010_09 Utökad personaldosimetri vid Lab 5 US 2010 Rapport 2010_10 Utökad personaldosimetri vid neuroradiologisk intervention US 2010 Rapport 2010_11 Patientstråldoser Seldingerenheten 2010 Rapport 2010_12 Kassationsanalys ViN 2010 Rapport 2010_13 Individuell återkoppling DAP-data Rapport 2010_14 Konversionsfaktorer för CT

2011 Rapport 2011_01 Miljödosmätningar OP US 2010 Rapport 2011_02 Avvikelser Röntgenapparater LiÖ 2010 Rapport 2011_03 bildkvalitetslaboration CT Rapport 2011_04 fotdosmätning på Seldingerenheten