Dosbesparande tekniker
2014-10-16, Datortomografi av barn
Patrik Nowik
Leg. Sjukhusfysiker
Sjukhusfysik, Röntgen Solna
1
Agenda - Dosbesparande tekniker
•
Patientdoser - trender
•
Datortomografens anatomi
•
Översiktsbilden
•
Scanlängd
•
Kollimering av z-overscanning
•
Hög pitch undersökningar
•
Iterativa rekonstruktioner
•
Undersökningar med kVp utanför intervallet 80-140
•
Dosmodulering
• Rörströmsmodulering
• Rörspänningsmodulering
@tishtashtoodles
9 October 2014
2
Patientdoser - trender
Genomsnittlig effektiv dos per undersökning [mSv]
UNSCEAR 2008
1970-1970
1980-1990
1991-1996
1997-2007
1.3
4.4
8.8
7.4
• 70-talet Endast DT skalle
• 80-talet DT av olika kroppsdelar
• 90-talet DT med spiralteknik
• 00-talet Doser uppmärksammas, dosmodulering införs
• 10-talet ??Mål: Rutinmässig DT med doser under 1mSv??
• Skulle kräva dosreduktioner med cirka 80%
9 October 2014
3
Datortomografens anatomi
X/Y- plane
Y
Z - plane
X
Z
9 October 2014
4
Datortomografens anatomi
Röntgenrör
Shaped filter (Bowtie filter)
Fixt kollimator
Justerbar kollimator
Gantry
Insamlingsyta
Kollimatorer
Detektorer
9 October 2014
Isocenter
Justerbar kollimator
Fixt kollimator
5
Shaped filter (Bow-tie filter)
• En mer uniform intensitet till detektorerna
• Ytdos reduktion (up to 50%)
• Reduktion av spridd strålning (noise,artefacts)
• Finns i olika utformningar för att passa olika patienter
9 October 2014
6
Shaped filter
Använd korrekt format filter för avbildade objektets storlek!
Siemens Defintion Flash
• Protokollbundet
• Rör A: Wide, Standard, Narrow
• Rör B: Wide, Narrow, Sn
• Single Source:
• Narrow: Pediatric body,
Cardiac Flash (Except Flash)
• Standard: Adult Body
• Wide: Head (Pediatric and adult)
•Dual Source:
• Obese Body, Standard(A)+Wide(B)
• Flash Trauma, Standard(A)+Wide(B)
• Dual Energy  Sn 140kV (B)
9 October 2014
GE VCT / 750HD
• SFOV bundet
SFOV
Patient Size
Bowtie
Ped Head
<15cm
Small
Ped Body
<15 cm
Small
Small Head
<15 cm
Small
Head
10 - 25 cm
Medium
Small Body
20 - 32 cm
Small
Medium Body
25 - 35 cm
Medium
Large Body
35 - 50 cm
Large
7
Översiktsbilden
Känsligare organ frontalt
Glöm inte att analysera konsekvenserna (AEC)
innan denna parameter ändras på DT!!!
Bättre att ta översiktsbilden
underifrån
9 October 2014
8
Översiktsbilden
Elliptiskt kroppsfantom
GE Discovery 750HD
9 October 2014
9
Scanlängd
Relativ
RelativDLP
DLP(%)
(%)
100% 200%
9 October 2014
10
CAT – Computerized Axial Tomography
9 October 2014
11
Axial / Spiral
Extra bidrag till DLP
Extra bidrag till DLP
Definierad
undersökningslängd
Axial
9 October 2014
Definierad
undersökningslängd
Spiral
12
Spiral
Låg pitch spiral
9 October 2014
Hög pitch spiral
13
Kollimering av z-overscanning
Scan range
Konventionell teknik utan
Dose Shield
9 October 2014
Scan range
Definition Flash med
Dose Shield
14
Hög pitch undersökningar
Endast hos Siemens:
- Flash
- Turbo-Flash
9 October 2014
15
Hög pitch undersökningar
High-Pitch Spiral Computed Tomography: Effect on Image Quality and Radiation Dose in
Pediatric Chest Computed Tomography
Lell, Michael M. MD*†; May, Matthias MD*; Deak, Paul PhD‡; Alibek, Sedat MD*; Kuefner,
Michael MD*; Kuettner, Axel MD*; Köhler, Henrik MD§; Achenbach, Stephan MD¶;
Uder, Michael MD*; Radkow, Tanja MD*
Conclusion: High-pitch chest CT is a robust method to
provide highest image quality making sedation or
controlled ventilation for the examination of infants,
small or uncooperative children unnecessary, whereas
maintaining low radiation dose values.
9 October 2014
16
Moderna DT kan samla in uppemot 4000 profiler per rotation!!
9 October 2014
17
Sinogram till bild
9 October 2014
18
Bakåtprojektion
9 October 2014
19
Bakåtprojektion / Filtrad bakåtprojektion
9 October 2014
20
Sinogram till bild - exempel
Sinogram
9 October 2014
Objekt
21
Sinogram till bild
Bakåtprojektion
9 October 2014
Filtrerad bakåtprojektion
22
Sinogram to image
Bakåtprojektion
9 October 2014
Filtrerad bakåtprojektion
23
Rekonstruktionfilter
Bestämmer:
- Brus
Mjukt filter
Kompromiss!!!
- Skarphet
- Bildens utseende
Skarpt filter
9 October 2014
24
Iterativ rekonstruktion - princip
Korrigera och
inverstransformera
Jämför med uppmätt signal
Ingen skillnad?
Slutgiltig bild
Startbild
9 October 2014
25
Iterativa rekonstruktionsalgoritmer
MLEM, OSEM: IRIS
Bra
Dyrt
+ noise statistics model: SAFIRE, ASiR,
Bättre
Dyrare
+ noise statistics model + physics model:
VEO, IMR, ADMIRE
Bäst
Dyrast
9 October 2014
26
VEO
9 October 2014
27
9 October 2014
28
A. FBP
B. ASiR
9 October 2014
C. VEO
29
NI 20 – FBP / VEO
9 October 2014
30
10mA - FBP / VEO
9 October 2014
31
Undersökningar med kVp utanför
intervallet 80-140 kVp
Application- and patient size-dependent optimization of x-ray spectra for CT
Willi A. Kalender, Paul Deak, Markus Kellermeier, Marcel van Straten, and Sabrina V. Vollmar
9 October 2014
32
Undersökningar med kVp utanför
intervallet 80-140 kVp
“In conclusion it appears justified to state that the
choice of voltage has to be adapted to the patient
cross section and to the diagnostic task at hand
to a much higher degree than is common practice
today. The range of voltages between 80 and 140
kV available today is not used to the necessary
extent in practice with respect to the given
potential of dose optimization.”
Application- and patient size-dependent optimization of x-ray spectra for CT
Willi A. Kalender, Paul Deak, Markus Kellermeier, Marcel van Straten, and Sabrina V. Vollmar
9 October 2014
33
Datortomografer med valbara kVp
utanför intervallet 80-140 kVp
Siemens Definition Flash: 70, 80, 100, 120, 140
Siemens Somatom Force: 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150
GE Revolution CT: 70, 80, 100, 120, 140
9 October 2014
34
Rörströmsmodulering
Innan sent 90-tal användes endast ett enda värde på
rörströmmen för DT undersökningar
9 October 2014
35
Konstant mA
Brus
9 October 2014
36
Användning av ett enda värde på mA
• Kroppen är inte en homogen cylinder
• Attenuering av röntgenstrålning i kroppen beror av vinkeln
strålningen infaller med samt var på kroppen den träffar
• Ett värde på rörströmmen ger:
• Samma strålkvalitet
• Varierad dos till patienten
• Varierad bildkvalitet
9 October 2014
37
Rörströmsmodulering
Ett automatiskt sätt att ändra rörströmmen för att hålla
bildkvalitet (brusnivå) konstant och samtidigt spara dos
- 4 cm: 100 mAs
9 October 2014
Ref mAs: 200 mAs
+ 4 cm: 400 mAs
38
Rörströmsmodulering princip
Patient - Klinisk indikation
Bildkvalitet
System – Bildinsamling och dos till patient
Image quality
reference parameter
9 October 2014
39
Z-modulering
9 October 2014
40
AutomA= Z-modulering
X/Y-modulering
9 October 2014
41
Z- och X/Y-modulation
9 October 2014
42
Viktigt att positionera rätt!
9 October 2014
43
Rörströmsmodulering hos olika tillverkare
Auto-mA
DoseRight
CAREDose4D
SureExposure3D
Terminology by different vendors
AAPM CT Lexicon
9 October 2014
44
GE - AutomA
•
Noise Index – NI
-
Brus hålls konstant. Skapa protokoll för
olika kroppstorlekar / åldrar!
•
AutomA: Z-modulering
•
SmartmA: X/Y-modulering
‐
Beräknat utifrån översiktsbild
•
Definiera min & max mA
•
Baserat på senaste översiktsbilden
9 October 2014
45
Philips - Doseright
•
DoseRight index – DRI
-
Modulerar bruset till en referensnivå
•
Z-DOM: Z-modulering
•
D-DOM: X/Y-modulering
‐
Online modulering – 1 rotations försening
•
3D: Kombination av Z-DOM och D-DOM
•
Baserat på senaste översiktsbilden
9 October 2014
46
Siemens – CAREDose4D
•
Quality ref. mAs
‐
Definierad som mAs som behövs
för en normalstor vuxen patient
som väger 75kg
•
Z- and X/Y-modulering
‐
Online modulering – 0.5 rotations
försening
• Baserat på den senaste APoch/eller LAT-översiktsbilden
9 October 2014
47
Siemens – CAREDose4D
En ändrad moduleringsstyrka påverkar alla protokoll för
given kroppsdel.
9 October 2014
48
Toshiba - SureExposure
•
SD
-
Bruset hålls konstant.
-
Sure Exposure väljer SD efter kroppsstorlek.
-
Uppdelat på vuxen- och barnprotokoll!!
CTDIvol vs. Mean Body Thickness, for Different ATCM SD Values
CTLab 19 S: Thorax Buk
2013-11-18 10:54 - 2014-01-10 14:45
22
20
18
•
•
SureExposure: Z-modulering
SureExposure3D: X/Y-modulering
CTDIvol,32cm [mGy]
16
14
12
10
8
SD: 7.5
•
Definiera min & max mA
2
6
Poly1 Fit: k=1.93; R =0.98
SD: 10
4
Poly1 Fit: k=1.49; R =0.95
SD: 12.5
2
Poly1 Fit: k=1.73; R 2=0.93
2
24
•
Baserat på senaste översiktsbilden (SureExposure)
•
Baserat på senaste översiktsbilderna (SureExposure3D)
9 October 2014
26
28
30
32
34
Mean Body Thickness as Reported in RDSR [cm]
49
36
38
Rörströmsmodulering från olika
tillverkare
9 October 2014
50
Rörspänningsmodulering
% Contrast change in 20 cm water
200
Liver
150
Blood
Fat
% Contrast
100
Muscle
Iodine
50
0
70
80
90
100
110
120
130
140
-50
-100
kV
9 October 2014
51
Vad är bildkvalitet?
orginal
dubbelt brus
dubbelt brus
dubbel signal
dubbelt brus
dubbel signal
anpassade fönsterinställningar
samma kontrast-till-brus (CNR) ≈ samma bildkvalité
En förändring i kontrast måste kompenseras med en förändring av brusnivån
9 October 2014
52
Rörspänningsmodulering
•
Definiera typ av undersökning
•
CNR = Kontrast / Brus
• Kontrast – Kliniskt relevant kontrast för undersökningen. T.ex. CTA
• Brus – Funktion av kVp, mAs, patient storlek, etc.
Resultat beror på patientpopulation! (patientstorlek)
•
9 October 2014
53
Exempel på kVp-modulering
9 October 2014
54
SIEMENS - CAREkV
•
CAREkV
•
On
•
•
•
•
Quality ref. mAs gäller för Ref. kV
kV väljs automatiskt
Semi
•
•
Quality ref. mAs gäller för Ref. kV
kV definierat av användare
•
Quality ref.mAs gäller för vald kV
Off
9 October 2014
55
GE – kV-assist
•
Definiera min & max kV
Figure: GE Healthcare
9 October 2014
56
Hur mycket dos är tillräckligt?
Adjustment of
Image quality
reference parameter
In the end, it is your decision!
Patient - Clinical indication
Image Quality
System – Image acquisition and dose delivery
9 October 2014
57
Viktigt för dosmodulering
• Ingen modulering utan översiktsbild
• Ompositionering av patienten påverkar inte
dosmoduleringen, OM inte en ny översiktsbild tas.
• Ta en ny översiktsbild om patienten flyttats
• Positionera patienten i mitten av gantryt
• Se till att översiktsbilden täcker hela området som ska
undersökas.
9 October 2014
58
The end
9 October 2014
59