CT Bildrekonstruktion

Relevanta dokument
CT bilddata, bildbearbetning och bildkvalitet Brus & Upplösning

En snilleblixt. Medicinsk informatik 20 november 2000 Digital bildbehandling och telekommunikation Datortomografi

Datortomografi (CT) Teknik, Indikationer. Roger Siemund, BFC Neuroröntgen, Skånes Universitetssjukhus Lund

Hur fungerar en datortomograf tekniskt? Vad är fysiken bakom en datortomograf?

Betygskriterier (utom läkemedelsberäkningen där 90% rätt för godkänt gäller)

Protokolloptimering , Datortomografi av barn Patrik Nowik Leg. Sjukhusfysiker Sjukhusfysik, Röntgen Solna

OBS! Ange svaren till respektive lärare på separata skrivningspapper om inget annat anges

Kursens namn: Medicin Radiografi, Strålningsfysik, teknik och projektionslära inom radiografi

Kursens namn: Medicin, Radiografi Strålningsfysik, teknik och projektionslära

OBS! Under rubriken lärares namn på gröna omslaget ange istället skrivningsområde.

SPECT Fysik. Sigrid Leide-Svegborn Strålningsfysik Skånes universitetssjukhus SVENSK FÖRENING FÖR NUKLEARMEDICIN SWEDISH SOCIETY OF NUCLEAR MEDICINE

Dosbesparande tekniker , Datortomografi av barn Patrik Nowik Leg. Sjukhusfysiker Sjukhusfysik, Röntgen Solna

Strålsäkerhetsmyndighetens ISSN:

Stockholm oktober Somatom User Club Siemens Sverige Alla rättigheter förbehålls. Uppdaterad februari 2014.

Digitala bilder. Matris, pixel, pixeldjup, signal, brus, kontrast

Examensarbete Avancerad Nivå, 15 hp, Höstterminen 2012

OBS! Ange svaren till respektive lärare på separata skrivningspapper om inget annat anges

Mellan 2006 och 2014 har antalet CT-undersökningar i Östergötland i det närmaste fördubblats från st till st

KOMPENDIUM I RÖNTGENTEKNOLOGI

Patientstrålskydd. Röntgenveckan 2013 Uppsala. Alexander Englund Sjukhusfysiker

Fantommätning PET/CT Cathrine Jonsson & Agnetha Gustafsson

Bildlabb i PACS. Exponerade på samma sätt

Viktigt säkerhetsmeddelande Korrigering av medicinsk utrustning

Datortomografi. Christian Werner rtg ssk

Kommentarerna kan ses som ett komplement till de allmänna råden och lämnar i fylligare text bl.a. bakgrund till dessa.

2008 Patientstråldoser vi CT undersökning

C-UPPSATS. Utvecklingen från singelslice CT till multislice CT

Grundläggande bildteori. EXTG01 Medicinska bildgivande system Michael Ljungberg

Bildbehandling, del 1

Strålsäkerhetskontroll av odontologisk CBCT

Kursens namn : Medicin A, Strålningsfysik o radiologisk metodik II. Totalpoäng: 51 poäng förutom läkemedelsberäkningen som är 20 poäng

Digital bild enligt Nationalencyklopedin, band 4. Digitala röntgenbilder. Vad menas med digital radiologi?

Nuklearmedicin, vad är det? Hur fungerar en gammakamera? Anna Olsson Sjukhusfysiker Nuklearmedicin

Innehåll. Vad är strålning? Vad är strålning? Grundläggande röntgenteknik & fysik Angiografi- och interventionsutrustning. Transport av energi!

Konventionell röntgen - teori och fall

Att göra datortomografi på barn. Christin Ekestubbe, Gloria Broberg Barnröntgen Astrid Lindgrens Barnsjukhus

Röntgensjuksköterskerutbildningen Kurs RSJD16 Kursmål, instuderingsfrågor, exempel på tentamensfrågor

Radiofysikavdelningen

DICOM MPPS/dos- SR Vad gäller?

Radiofysikavdelningen

Hur fungerar en radiografi- och genomlysningsapparat? Hur kan man minska patientstråldoserna inom projektionsradiologi?

Fördjupad strålsäkerhetsutbildning, datortomografi

Handbok för registrering av diagnostiska standarddoser. April 2015

Dosdatainsamling i ingenjörens tjänst!

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Tekniken. Tekniken. Tekniker -TOF. Inflödeseffekt. MR-angio teori och teknik. Boel Hansson MR, BFC, USiL. Tre möjligheter:

EXAMENSARBETE RICKARD FORSLUND NICOLINA HOLMSTRÖM. HÄLSOVETENSKAPLIGA UTBILDNINGAR Röntgensjuksköterska

Projekt 6. Fourieroptik Av Eva Danielsson och Carl-Martin Sikström

VIKTIGT SÄKERHETSMEDDELANDE

Akademiska sjukhuset. Skapat av: Per-Erik Åslund Skapat den: Reviderat av: Per-Erik Åslund Reviderat den:

Lena Gordon Murkes Datortomografi Barnröngen ALB

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

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

Barium-id Giltigt t.o.m Version 1

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G35(18) TER4(12)

VIKTIGT Säkerhetsmeddelande Korrigering av medicinsk utrustning Philips Brilliance 64, Ingenuity CT, Ingenuity Core och Ingenuity Core 128

Datortomografi Teknik

Analys/syntes-kodning

Tomosyntes. Fraktur i processus coronoideus? Historik. Linjär digital (muskuloskeletal) tomosyntes

Doknr. i Barium Dokumentserie Giltigt fr o m Version su/med RUTIN DTö Hjärna Cerebral angio C4-C6GE Optima

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Den nuklearmedicinska bilden

Strålskydd ID-kontroll skall utföras på undersökningsrummet Metoden är optimerad genom automatisk exponerings kontroll och iterativ rekonstruktion

BMLV A, Fysiologisk undersökningsmetodik inom neuro och rörelse

Bildbehandling i frekvensdomänen

Lander runt : Myokardscint med D-SPECT

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

EXAMENSARBETE. En jämförande studie mellan datortomografi och konventionell röntgen av sinus

Dubbel-energi-DT, Dual-energy CT, DECT

EF50mm f/1.2l USM SWE. Bruksanvisning

2010:14. Patientdoser från röntgenundersökningar i Sverige utveckling från 2005 till Wolfram Leitz Anja Almén. Författare:

STRÅLDOS OCH BILDKVALITET VID DATORTOMOGRAFIUNDERSÖKNING AV HJÄRNA

Utvärdering av OSL-system - nanodot

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet R36 R37

Röntgenteknik. Vad är röntgenstrålning? - Joniserande strålning - Vad behövs för att få till denna bild? Vad behövs för att få till en röntgenbild?

Paratyreoideascintigrafi

Diagnostiska referensnivåer för DT-undersökningar av barn

Utvärdering av lungscintigrafi i Huddinge

Laboration i Fourieroptik

Farlig CT undersökning? -ganska

Grafiska system. Färgblandning. Samspel mellan ytor. Ögats. fysionomi. Ljusenergi. Signalbehandling och aliasing

Doknr. i Barium Dokumentserie Giltigt fr o m Version su/med RUTIN DTs Komb HTB3 Hals-Thorax-Buk

Image quality Technical/physical aspects

SWERAD Produktkatalog

Strålbehandlingsprocessen. Strålbehandling på Radiumhemmet. Hur många och på vilket sätt? Fixation - ansiktsmask. Bitfixation 1

RÖNTGEN. Röntgen tog världens första röntgenbild på en människa år Det var en bild av hans hustrus, Anna UPPTÄCKTEN

1. Utbildningens titel Verktyg för bearbetning och analys av bilder inom sjukhusfysiken

Statens strålskyddsinstituts allmänna råd om prestandaspecifikationer vid upphandling av utrustning för röntgendiagnostik;

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Finns det över huvud taget anledning att förvänta sig något speciellt? Finns det en generell fördelning som beskriver en mätning?

Detektorer för strålningsmätning

Medicinska Bilder, TSBB31. Lab: Mätvärden på Medicinska Bilder

EF24mm f/1.4l II USM SWE. Bruksanvisning

EXAMENSARBETE. En jämförelse mellan CT-kolografi och konventionell colonröntgen. Sara Kjellstedt Maria Öhrvall. Luleå tekniska universitet

Doknr. i Barium Dokumentserie Giltigt fr o m Version su/med RUTIN CT - EKG triggat hjärta

Introduktion till fotogrammetrin

Teknikfaktorer. Användningsområden för tomosyntes. Avhandling

Instuderingsfrågor extra allt

Tentamen. Medicinska bilder/bildsystem kl KAROLINSKA INSTITUTET INSTITUTIONEN FÖR LABORATORIEMEDICIN AVDELNINGEN FÖR MEDICINSK TEKNIK

Transkript:

CT Bildrekonstruktion Strålning & Teknik I 2013-09-12 Mikael Gunnarsson Sjukhusfysiker Strålningsfysik, SuS Malmö 1

Bildrekonstruktion Principer Filtrerad bakåtprojektion Iterativa rekonstruktionsalgoritmer (2010) 2 Mats Nilsson 2009

Lite fysik 3

Lite problem Divergerande geometri Parallell geometri 4

Enkelt exempel A + B = 7 A B 7 A + C = 6 A + D = 5 2 5 C D 7 B + C = 9 B + D = 8 4 3 9 6 8 5 C + D = 7 Problem Metod Lösning 5

Svårare exempel I 0 µ 6 I 1 µ 7 I 2 I 0 µ 1 µ 2 µ 3 µ 4 µ 5 I 1 =I 0 e -(µ1+µ2 +µ3 +µ4 +µ5 +µ6) x I 2 =.. I 3 =.. : Mha alla dessa ekvationer kan man beräkna alla µ och varje voxel kan tilldelas ett gråskalevärde. Med en matris på 512 512 och flera hundra projektioner blir det många ekvationer. Istället för att lösa alla dessa ekvationer används en teknik som kallas bakåtprojektion eller filtrerad bakåtprojektion. 6

Bakåtprojektion Transmissionprofilerna räknas om och bakåtprojiceras (smetas ut) längs samma väg strålningen kom ifrån. Ett band av siffervärden genereras i bildmatrisen. Flera projektioner medför att flera band skär varandra och detaljer byggs upp i matrisen. 7

Enkelt exempel, bakåtprojektion A B 7 A B 7 7+5+6 =18 7+8+9 =24 C D 7 C D 7 7+6+9 =22 7+5+8 =20 9 6 8 5 9 6 8 5 Problem Metod Lösning 8

Filtrerad bakåtprojektion Nackdelen med vanlig bakåtprojektion är att detaljerna blir suddiga. Lösningen är filtrerad bakåtprojektion. Tänk dig endast en attenuerande detalj i centrum. Om man bakåtprojicerar alla profiler får man ett stjärnmönster i bildmatrisen. Detaljen återges i centrum men resten av matrisen återges av felaktiga värden och bilden blir suddig. 9

Exempel Tänk dig en stav i centrum Bakåtprojektion Felaktiga värden omkring detaljen. Filtrerad bakåtprojektion Felaktiga värden runt detaljen neutraliseras. 10

Filtrerad bakåtprojektion Denna utsuddningseffekt kan korrigeras med hjälp av ett filter (kernel) som appliceras på insamlade data i varje projektion innan de bakåtprojiceras. Processen kallas filtrerad bakåtprojektion. Filtreringsoperationen görs med en speciell matematisk operation som kallas faltning 11

Rekonstruktion 12

Filtrerad bakåtprojektion Bakåtprojicerad bild utan filtrering Bakåtprojicerad bild med filtrering 13

Filtrerad bakåtprojektion 14

Princip för bildtagning 15

Bildtagning Översiktsbild Sekvens scan Spiral scan Översiktsbild sk scout view 16

Spiral CT Föreslogs av Willi Kalender 1989. Slip rings för kontinuerlig gantryrotation. Röntgenrör med stor värmekapacitet. Kontinuerlig britsförflyttning genom strålfältet. Datainsamlingen bildar ett spiralformat mönster, därav namnet. 17

Grundläggande idé med spiralscanning Att från den insamlade volymen generera ett dataset för rekonstruktion som är så likt som möjligt det dataset som skulle producerats om patienten inte rört sig utan legat i samma position. Detta dataset stoppas in i den vanliga FBP-processen. 18

Spiral CT Fördelar Färre rörelseartefakter. Kortare us-tider. Minskar partiella volymseffekter. Multiplanara bilder. Nackdelar Ökad brus. Minskad upplösning i z-led vid ökad pitch. Ökad behandlingstid av bilder då det rör sig om mkt mer data. 19

Spiral CT.. Pitch: p = d / M * S d = Bordsrörelse (mm/s) M = Antal samtidiga scan S = Snittjocklek (mm) 20

Pitch. exempel 21

Axial Spiral 22

Pitch Pitch = 1,0 betyder att snitten kommer kant i kant. Pitch < 1,0 betyder överlapp mellan snitten och samtidigt högre patientdos. Pitch > 1,0 ger mindre information men samtidigt lägre patientdos. 23

Multislice CT I jakten på ännu snabbare CT tillkom multislice. 2 eller fler detektorer i rad. Flera snitt tas per rotationsvarv. Mindre rörelseartefakter. Använder sig av 3:e gen. teknologi. mindre spridd strålning till detektorerna behövs färre detektorer (än 4:e gen.) 24

Skillnad single-multislice 25

MSCT Den stora skillnaden från single sliceinsamling är att insamlingsplanen inte längre sammanfaller med rotationsplanet. Konvinkeln kan försummas upp till cirka 20 mm, men därefter måste rekonstruktionsalgoritmerna ta hänsyn till den avvikande insamlingsgeometrin. 20 mm 26

Varför skall man köra spiral CT? 27

Multislice CT 16 detektorrader, 2001. 64 detektorrader, 2006. 320 detektorrader, 2008. 16, 64 resp. 320 snitt kan avbildas per rot. Rotationstid ner till 0,3 sekund. Mycket korta undersökningstider. Exempel: 16 cm / rotation (0,3 s) = ca 50 cm/s Scannar av hela kroppen från topp till tå på ca 3,5 s! Åksjukepåse till patienten..? 28

Multislicedetektorer 29

Parametrar och termer Översiktsbild Exponeringsparametrar (kv, ma, s, mas) Snittjocklek Field of View (FOV) Inkrement Rekonstruktionsfilter Region of Interest (ROI) CT Dos Index (CTDI) Dos Längd Produkt (DLP) Gantry tilt 30

Översiktsbild Röntgenrör och detektorer står stilla samtidigt som britsen rör sig. AP/PA 2D röntgenbild Från översiktsbilden ställer man in området man vill undersöka. Tillverkarna har olika namn. Scout View GE Topogram Siemens Scanogram Philips Pilot View - Toshiba 31

Exponeringsparametrar Rörspänningen (kv) bestämmer fotonenergin man vill ha. T.ex. 80, 100, 120, 140 kv. Rörström (ma) bestämmer mängden strålning per tidsenhet. Hög ma ger mindre brus men högre patientdos. Exponeringstid (s) är tiden man strålar. 32

Snittjocklek Definieras som Full Width at Half Maximum (FWHM) av känslighetsprofilen i rotationscentrum. Ofta mellan 0,6-10 mm Tunna snitt => liten mängd strålning till detektorerna vilket ger brusiga bilder. 33

FOV Maximal diameter i den rekonstruerade bilden. Vanligtvis 12-50 cm. Litet FOV ger hög spatiell upplösning men mera brus. Stort FOV gör att fler områden ryms i bilden men ger samtidigt sämre upplösning. Om rådatan sparats kan man rekonstruera i efterhand med olika FOV. 34

Inkrement Bestämmer överlapp eller mellanrum mellan de rekonstruerade bilderna. Snittjocklek = 10 mm Inkrement = 10 mm Snittjocklek = 10 mm Inkrement = 5 mm Snittjocklek = 10 mm Inkrement = 15 mm 35

Rekonstruktionsfilter Man kan rekonstruera bilder med olika slags filter. Mjuka filter ger mindre brus och framhäver lågkontrasten. Skarpa filter ger mer brus men framhäver den spatiella upplösningen. 36

ROI (Region Of Interest) Väljer ut ett visst område i bilden man är intresserad av. Information om bl.a. medelvärdet av HU inom området, standardavvikelsen och arean. 37

Iterativa rekonstruktionsalgoritmer GE: ASIR (Adaptive Statistical Iterative Reconstruction) Siemens: IRIS (Iterative Reconstruction in Image Space), SAFIRE Philips: idose Toshiba: QDS (Quantum denoising software) 38

Princip: Bearbetning i bildrummet raw data domain image domain noise detection & subtraction hypothesis testing 39

Princip: Bearbetning i rå-data och bildrummet raw data domain image domain noise detection & subtraction hypothesis testing model based forward projection & comparison 40

Iterativ Rekonstruktion introduction of a correction loop raw data domain image domain CT raw data + - W(F)BP correction image forward projection CT image (n) + + CT image (n-1) simulation of a CT scan from the images modeling of system features (focus, detector, ) validation of the reconstructed images 41

Noise Reduction with SAFIRE WFBP SAFIRE (5 iterations) *) 42 courtesy of University of Erlangen, Germany

Advantages of SAFIRE versus Linear Noise Reduction σ = 53 HU σ = 21 HU σ = 21 HU WFBP SAFIRE, 5 iterations WFBP, soft kernel (=WFBP2) Diff (SAFIRE WFBP) Diff (WFBP2 WFBP) 43

Standard Reconstruction versus IRIS VA34 versus SAFIRE VA40 σ = 26.8 HU up to 55% less noise 30% less noise σ = 17.6 HU σ = 12.3 HU σ = 7.8 HU slice 0.75 mm W = 250 C = 40 plain FBP Siemens-standard reconstruction IRIS VA34 SAFIRE VA40 44

Representation av bildmatrisen Den slutgiltiga summationsbilden består av siffror i en matris som är svår att analysera. Därför återges bilden i form av en gråskalebild där varje voxelvärde kan konverteras till ett visst gråskalevärde. Ljusa nyanser (höga µ), t.ex. ben. Mörka nyanser (låga µ), t.ex. lunga. 45

Hounsfieldskalan För att varje voxelvärde ska ge rätt gråskalevärde behövs en skalfaktor. Vanligast använda skalan är Hounsfieldskalan. Enheterna i Hounsfieldskalan kallas Hounsfield Unit (HU) I dagligt tal säger man också CT-nr. Där representeras luft av -1000 HU vatten av 0 HU ben av +1000 till +3000 HU 46

Hounsfieldskalan 47

Vad visas i en CT-bild egentligen? 48

Hounsfieldskalan 49

Hounsfieldskalan 50

Fönstersättning Ögat kan endast uppfatta mellan 40-100 gråtoner samtidigt beroende på granskningsförhållanden. Fönsternivån (window level/center): bestämmer kring vilket HU gråskalan ska centreras (ljusstyrka). Fönsterbredd (window width): bestämmer hur stort område av Hounsfieldskalan som visas. 51

Fönsterinställning/fönstring Gråskalan anpassas efter täthetsvärdet för organen vi vill se 52

Fönstersättning 53