การกำหนดคุณลักษณะเครื่อง CT scan

1. การกำหนดคุณลักษณะเครื่อง CT scan Suwit Saekho, Ph.D. Department of Radiological Technology Faculty of Associated Medical Sciences Chiang Mai University

2. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

3. Need CT for ? • Neurology • Routine brain? or ENT? or Perfusion? • Body • Routine abdomen? Dynamic Study? CTA run-off?, CT Virtual Colonoscopy • Cardiology • Intervention • Oncology

4. องค์ประกอบหลักที่ควรระบุในคุณลักษณะองค์ประกอบหลักที่ควรระบุในคุณลักษณะ • Patient Table • Gantry • X-ray Generator • X-ray Tube • Detector system • Main Console • Workstation • Etc

5. From Single Slice CT to Multi-Slice CT One image for one rotation

6. From Single Slice CT to Multi-Slice CT Z axis Multiple images for one rotation

7. Technological advance in CT technology

8. Technical considerations • Total scan time • Maximum scan length • X-ray tube • X-ray generator • Detector system • Image Quality • Dose • Dose and image quality (Q2) http://www.impactscan.org/index.htm

9. Total Scan Time • จุดมุ่งหมายคือลดartifact due to voluntary and involuntary patient motion • Acceptable scan time ขึ้นกับ การตรวจ และ สภาพผู้ป่วย เช่น - CT Pulmonary Angiography (CTPA)scan time ต้องไม่นานกว่าการกลั้นหายใจ - ผู้ป่วยเด็กคนชราและผู้ป่วยที่ไม่รู้สึกตัว - Transit rate of Contrast

10. Total Scan Time: Gantry rotation time • Short rotation time ลด Artifacts เนื่องจากการเคลื่อนไหวของผู้ป่วย • Shortest Rotation time < 0.3 s. (Dual source CT) for cardiac imaging • For general body scan, rotation time 0.5 s. ก็เพียงพอแล้ว Brain scan rotation time 1 s. • ต้องเพิ่ม Tube currents เพื่อชดเชยเวลาที่สั้นลงและในการใช้high tube currentsเป็นเวลานานหลอดต้องมี high anode heat capacity and high anode cooling rate

11. Total Scan Time: Detector array length • 64 Slice scanners cover volume 20-40 mm/rot • Latest MSCT scanners cover volume up to 160 mm

12. Total Scan Time: Effect of detector array length • Effect of detector array length on number of rotations and scan time Picture from CEP08007:March2009

13. Total Scan Time: Coverage of detector array • 16 slice detector with reduced coverage for fine slices Fixed array (Matrix) Variable array (Hybrid) 4x1.25 16x0.625 4x1.25 4x1.25 8x1.25 4x1.25 10mm 20mm 16x0.625 16x1.25

14. From 16 to 64 slices detector array Picture from CEP08007:March2009

15. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

16. Maximum scan Length • ขึ้นกับการตรวจและความสามารถของเครื่องเช่น - CT Peripheral angiography Run-offs - Maximum coverage in dynamic study such as CT perfusion scanning • Maximum scan lengthขึ้นกับ - จำนวน แถว และขนาดของ Detector - ความร้อนของหลอดเอกซเรย์ - ขนาดความจุของcomputer memory

17. Scanning system Table from CEP08027:March2009

18. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

19. X-ray tube considerations • Anode heat Capacity • Anode heat cooling rate • Focal spot size • Flying focal spot ? • Dual energy?

20. X-ray tube: Anode heat capacity • High anode heat unit Low Capacity heat unit High Capacity heat unit

21. X-ray tube: Anode cooling rate • Maximum anode cooling rate High cooling rate Low cooling rate

22. Technical considerations: x-ray tube X-ray tube Direct convective cooling of anode

23. High speed rotating anode diagram • Larger disk with higher speed of rotation • liquid bearing • direct anode cooling • by continuous oil • circulation

24. Flying focal spot & double z sampling

25. Dual Source Picture from CEP08007:March2009

26. Dual Energy (80kV& 140 kV) • ใช้แยกความแตกต่างของวัตถุที่มีค่า CT number ใกล้เคียงกันเช่น Soft tissue plaque และ fatty tissue หรือ calcified กับ contrast media • ปัจจุบันมี 3 วิธี 1. Dual sources and Dual Energy 2. Single X-ray source and alter the tube Kv at half rotation 3. Dual- layered detector to discriminate between two energy

27. Three Types of Dual Energy Dual source dual energy Single source dual energy Double layered detector IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2007

28. X-ray tube Table from CEP08027:March2009

29. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

30. X-ray Generator • Power rating (kW) กำหนดค่า สูงสุด ต่ำสุดของ kV และ mAs ที่ใช้ Table from CEP08027:March2009

31. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

32. Detector System Quarter-detector shift: After 180 rotation, the detectors shift quarter of the their width giving more sampling points Picture from CEP08007:March2009

33. Increase Resolution Higher dose is the cost of increase resolution Picture from CEP08007:March2009

34. Detector System Table from CEP08027:March2009

35. Detector System Table from CEP08027:March2009

36. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

37. Gantry Table from CEP08027:March2009

38. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary

39. Image Quality • Spatial Resolution (High Contrast Resolution) • Contrast Resolution (Low Contrast Resolution) • Temporal Resolution

40. Spatial Resolution (High Contrast Resolution) • ความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างบริเวณที่มีความเข้มของสัญญาณบนภาพมากและน้อยออกจากกันได้ Picture from CEP08007:March2009

41. ψmax C(f)=100% ψmin ψmax C(f)=80% ψmin How to measure the spatial Resolution • Modulation Transfer Function (MTF)

42. MTF http://www.normankoren.com/Tutorials/MTF.html

43. Modulation Transfer Function (MTF) Spatial Resolution for a given system is often specified according to the 10% value of MTF which is the frequency at the contrast drop to 10% of the maximum value (0 Lp/cm) Picture from W. Kalender, CT

44. Contrast Resolution (Low Contrast Resolution) Picture from CEP08007:March2009 • ความสามารถในการแยกความแตกของภาพจากพื้นหลังเมื่อภาพมีค่า CT number ใกล้เคียงกับพื้นหลังซึ่งขึ้นกับ • Contrast • Image Noise • Size โดยทั่วจะบอกเป็นขนาดที่เล็กที่สุดที่ตาสามารถแยกได้ที่%contrast หนึ่งๆ

46. Temporal Resolution • ในทาง CT หมายถึงเวลาที่ใช้ในการเก็บส่วนข้อมูล (Segment of Data)เพื่อใช้ในการ Reconstruction Time Temporal Resolution

47. Acquisition segment Picture from CEP08007:March2009

48. Temporal Resolution and Cardiac imaging • โดยทั่วไปเวลาที่ต้องใช้ในการเก็บข้อมูลในช่วงที่หัวใจอยู่นิ่งที่สุด (End of Diastole) ประมาณ 10% ของ1 cardiac cycle เช่น • ถ้าหัวใจเต้น 60 ครั้ง/นาที 1 ครั้งใช้เวลา1 วินาที(Second) หรือ 1000 ms. ดังนั้นเก็บข้อมูลในช่วงที่หัวใจอยู่นิ่งที่สุด คือ 10%x1000ms=100ms ดังนั้นถ้าเครื่องใดที่มี Temporal resolution สูงกว่า 100 ms ก็จะไม่สามารถสร้างภาพหัวใจที่ดีได้

49. Image Reconstruction • Fast and easy review of images at the console minimize delay, and increase throughput • Reconstruction simultaneously with scanning? • Iterative reconstruction? • 3D reconstruction?

50. Outline • An overview of CT specification • Technical Considerations: • Total scan time • Maximum scan length • x-ray tube • x-ray generator • Detector system • Gantry • Image quality • CT Dose • Q2 • Summary