Grundläggande röntgenteknik & fysik Angiografi- och interventionsutrustning Maria Larsson Sjukhusfysiker, MFT 2017-02-27
Vad är strålning? Röntgenutrustning Teknik Fysik Innehåll
Vad är strålning? Joniserande strålning Ickejoniserande strålning Elektromagnetisk strålning Partikelstrålning
Vad är strålning? Joniserande strålning Ickejoniserande strålning Transport av energi! Elektromagnetisk strålning Partikelstrålning
Strålning Radio Mikrovågor Infrarött Synligt ljus UV-ljus Röntgen Gamma Icke-joniserande Joniserande => Ger stråldos
Joniserande strålning Avlämnar tillräckligt mycket energi för att orsaka jonisationer
Röntgenutrustningen Bilddetektor Vilket är röntgenröret? Strålkälla - röntgenrör
Underrör
Röntgenutrustningen - Röntgenröret Artificiell strålkälla Kräver ström och spänning för att producera strålning
Röntgenröret + Rörspänning (kv) + - ma - 99% blir värme, 1% blir röntgenstrålning!
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%).
Rörspänning - kv Högre kv ökar energin ökar genomträngningsförmågan 100 kv 60 kv påverkar kontrasten Påverkar dosen
Rörspänning - kv Ändring av kv
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 80 000 V (80 kv) 80 000 ev (80 kev) 80 000 ev (80 kev) Under en röntgenexponering landar många elektroner i anoden Den energi som överförs till en foton kommer att variera inom 0-100 % Fotonerna kommer att få energier inom området 0-80 kev
Högre ma minskar bruset ökar dosen Rörström- ma Ökad ma
Rörström - ma Ändrar ma
Röntgenstrålning Två slags röntgenstrålning Bromsstrålning Ett spektrum av fotonenergier- låg - hög Karaktäristisk röntgenstrålning Specifika fotonenergier beroende på anodmaterial
Röntgenstrålning - spektrum Antal fotoner Fotonernas medelenergi Bromsstrålning Karaktäristisk röntgenstrålning Fotonernas maximala energi 0 20 40 60 80 100 120 Fotonenergi, kev Figur x. Röntgenspektrum, rörspänning 80 kv
Filter Filtrering
Röntgenstrålning - filtrering Rörets glasvägg + tillsatsfiltrering = totalfiltrering Tillsatsfiltrering kan varieras (2-6 mm Al, 0.1-1 mm Cu) Filtrering påverkar fördelningen av fotonenergier Antal fotoner Röntgenstrålning 80 kv utan filter Tillsatsfilter Katod Glasvägg Anod Bländare 80 kv med filter kev 0 20 40 60 80 100 120 Röntgenrör Röntgenspektrum med och utan filter
Filtrering A: Hypothetical spectrum B: Spectrum från W-anod C: Filtered W-spektrum (2.5 mm Al additional) X-ray spectrum, 100 kv
Borttaget av filter Antal fotoner Tilläggsfiltrering Standardfilter Tilläggsfilter 0 50 100 Fotonenergi, kev Automatiskt anpassad till patienttjocklek under genomlysning för reducerad personal- och patientstråldos. Ingen tilläggsfiltrering under bildtagning för optimal bildkontrast Röntgenspektrum 100 kv
Pulsad genomlysning på av pulsad tid
Pulsad genomlysning Dosrat 1 2 3 4 Röntgenrör Tid Display 1 2 3 4 Bildvisning Tid Bilden fylls ut med information från 1 tills 2 kommer, osv.
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
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
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
Röntgenstrålningens transmission (70 kv) Transmission % 10 Transmissionsskillnader: Objektkontrast, röntgenprofil 0 blodkärl med jodkontrast lunga 15 cm kota Röntgenstrålning
Interventionsradiologi-röntgenstrålning Bildgivande strålning Spridd strålning Primärstrålning = Röntgenstrålning, röntgenfotoner
Raster Raster
Sekundärstrålning i bild - raster Fokuserings- Avstånd, f 0
Rasterproblem Fel fokusavstånd Upp och ner Bushong
Inverkan av sekundär strålning i bilden Utan raster Med raster
Förstoringsfaktor Alla röntgenbilder är föstorade bilder av verkligheten FOA = fokus-objekt-avstånd FDA = fokus-detektor-avstånd FOA FFA FDA Förstoringsfaktor: FDA/FOA
Detektorer
Detektorer
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)
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 143 150 µm x x 143 150 µm µm Ljus Fotodioder i matris Digital bildinformation i matrisform
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
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.
Vad menas med digital radiologi? Digital - analog Vad är digitalt i en digital röntgenbild?: bildelement (pixlar) gråskalenivåer
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?
Bildmatrisens storlek Spatiell upplösning antal pixlar i x- och y-led exempel 10x27 exempel 149x312
Kontrastdjup Kontrastupplösning Antal gråtoner att välja mellan i varje pixel Exempel: 2 gråtoner 1 0 0 1
Kontrastdjup Kontrastupplösning Exempel: 4 gråtoner 0 2 1 1 3 0 2 0 1 0 3 2 0 3 3 2
Konventionell film 0.5 mas 1 mas 2 mas 4 mas 8 mas 16 mas 32 mas 63 mas underexponerad (400) överexponerad
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)
Dynamisk direktdigital detektor för genomlysning
Automatisk dosreglering - AEC Dos till detektor hålls konstant för konstant bildkvalitet AEC Generator kv, ma, filter,
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 ).
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
Genomlysning livebilder Pulsad genomlysning på av pulsad tid
Pulsad genomlysning Dosrat 1 2 3 4 Röntgenrör Tid Display 1 2 3 4 Bildvisning Monitorbilden visar information från 1 tills 2 kommer, osv. Tid
Brusreduktion i genomlysningsbilder Datainsamling 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1+2+3 2+3+4 3+4+5 Visning Fix brusreduktion med medelvärdesbildning av tre bilder successivt. Ingen detektering av rörelse. Risk för eftersläpning i det resulterande avbildningsförloppet.
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!
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.
Genomlysning Pulsad genomlysning på av pulsad tid
Genomlysning - angiografi
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
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
DSA
Bildtagning Bildtagning på av tid
Bildserie
Rotationsangiografi Alt 1 Alt 2 Rotation: 180-240 grader, 25-50 gr/ s 100 exponeringar Rotationsangiografi Alt 1 Alt 2 Rotation: 180-240 grader, 25-50 grader/s
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 /s @ 2 /frame 30 /s @ 1 /frame 25 /s @ 250 Projections 20 /s @ 400 Projections 10 /s @ 600 Projections
CBCT Cone Beam CT Robert C. Orth, JVIR, 2009 66
Exponeringsdata - CBCT Rörspänning: 70-120 kv Rörström: Hög pulsad Rotationstid: 4-20 s Bilder per rotation: 100-600
Grundprincip CT Fan beam
Huvudkomponenter i CT:n
Roterande CT-gantry
Cone beam Multislice
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
Kontrastupplösning CBCT - CT
Utan inbländning Med inbländning
Spatiell upplösning CBCT Head - CT Head
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)
Tack för mig!