Wichtige Eigenschaften

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1 Technik und Dosisaspekte M. Sadick Institut für Klinische Radiologie und Nuklearmedizin Wichtige Eigenschaften Schnittbildverfahren: überlagerungsfrei verzerrungsfrei maßstabsgetreu digital streustrahlenarm Julian Köpke 1

2 Durchleuchtungsvorgang I Körper Querschnitt des Patienten Röntgen-Quelle X = 0 I(x) Δx } x X = a Detektor x-achse Die Abnahme der Intensität ΔI am Ort x ist proportional zur Intensität I(x) am Ort x zur durchstrahlten Strecke Δx zum Schwächungskoeffizienten µ(x) Δ I = -µ(x) I(x) Δx Durchleuchtungsvorgang II Körper Querschnitt des Patienten Röntgen-Quelle X = 0 I(x) x Δx } X = a Detektor x-achse Außerhalb des Körpers gilt: µ(x) = 0 Das Ergebnis der Durchleuchtung ist das Integral längs einer Geraden: die Radon-Transformation. Julian Köpke 2

3 Definition eines CT Körper Querschnitt des Patienten Röntgen-Quelle X = 0 µ(x) x X = a Detektor x-achse Der Computertomograph ist eine Maschine, mit der der Schwächungskoeffizient µ(x) an jedem Ort x innerhalb des Körpers gemessen werden kann. Das Rekonstruktionsproblem der Computertomographie verlangt eine Inversion der Radon-Transformation Durchleuchtungen der CT Röntgen-Quelle Detektor 0 a Der Computertomograph führt mit einer spezifischen Durchleuchtungsgeometrie (scanning geometry) sehr viele Durchleuchtungen durch Julian Köpke 3

4 Durchleuchtunsgeometrie: parallel Fächerstrahl Kegelstrahl scanning geometry: parallel fan beam cone beam Single (Einfach)-Detektor Single-Slice-CT Multi-Detektor Multislice-CT Julian Köpke 4

5 schnellere Datenerfassung höhere Ortsauflösung bessere Bildnachverarbeitung bessere KM-Anwendung Julian Köpke 5

6 Julian Köpke 6

7 inverse Radon-Transformation Anwendungen ist die Rekonstruktion der Gewebedichtefunktion µ(x) aus einer endlichen Zahl von Messungen Computertomographie Emissions-CT: SPECT, Nuklearmedizin Magnetresonanz-Tomographie Astronomie: z.b. Elektronendichte der Sonnenkorona Geophysik: Zusammensetzung der Erdschichten Elektronenmikroskopie Geschichtlicher Abriß 1917 Inversion der Radon Transformation 1967 Präsentation der Idee durch G.M. Hounsfield und A.M. Cormack 1972 erste klinische Installation 1976 Installation Neuroradiologie Mannheim 1979 Nobelpreis für die Erfinder Julian Köpke 7

8 Generationen der CT Inkremental-CT: parallel-geometrie, Einfach-Detektor kleiner Fächerstrahl, kleiner Mehrfach-Detektor Fächerstrahl, rotierende Detektor-Banane Fächerstrahl, ortsfester Detektor-Ring Volumen-CT: Spiral-CT: Fächer- oder Kegelstrahl, ortsfeste oder rotierende Detektoren EBT: Fächer- oder Kegelstrahl, ortsfeste Röhre und Detektoren Technische Entwicklungen Röhrensysteme: Dauerbetrieb Pulsbetrieb stationäre Röhre Detektorsysteme: Xenon-Detektoren, rotierend Xenon-Detektoren, ortsfest Halbleiterdetektoren Multi-Slice Halbleiter-Detektoren Informationsübermittlung: Kabelbetrieb Optoelektronische Kopplung Julian Köpke 8

9 Computertomographie Elektronenstrahl-CT Elektronenkanone Julian Köpke 9

10 Bildqualität Kollimation 3 mm Schichtdicke 4 mm Tischvorschub 2 mm EBT Einfluß der Scan-Parameter Kollimation 6 mm Schichtdicke 8 mm Tischvorschub 4 mm Bildqualität Somatom Plus 4 Kollimation 3 mm Schichtdicke 5 mm Tischvorschub 10 mm Einfluß des Gerätes EBT Kollimation 6 mm Schichtdicke 8 mm Tischvorschub 4 mm Julian Köpke 10

11 Bildqualität Abdomen Lunge Einfluß der Fensterung Knochen Dosisbegriffe Julian Köpke 11

12 Art und Energiebereich Strahlungswichtungsfaktor w R Photonen 1 Elektronen, Myonen 1 Neutronen < 10 KeV 5 Neutronen < 100 KeV 10 Neutronen < 2 MeV 20 Neutronen < 20 MeV 10 Neutronen > 20 MeV 5 Protonen > 2 MeV 5 außer Rückstoßprotonen Alphateilchen, Spaltfragmente, 20 Schwere Kerne Effektive Dosis wobei Die effektive Dosis bezweckt die Umrechnung von Teilkörperexpositionen in eine äquivalente Ganzkörperexposition unter Einbeziehung der relativen Strahlenempfindlichkeit der exponierten Organe. Julian Köpke 12

13 Gewebe und Organe Gewebewichtungsfaktoren w T Gonaden (Keimdrüsen) 0.20 rotes Knochenmark 0.12 Dickdarm 0.12 Lunge 0.12 Magen 0.12 Blase 0.05 Brust 0.05 Leber 0.05 Speiseröhre 0.05 Schilddrüse 0.05 Haut 0.01 Knochenoberfläche 0.01 Nebennieren, Gehirn, oberer Dickdarm, Dünndarm, Niere, Muskel, Bauchspeichel drüse, Milz, Thymusdrüse, Gebärmutter (als Einzelorgan: 0.025) Gesamt 1.00 Effektive Dosis Galanski M. et al. Fortschr Röntgenstr 2001;173;Seite R1 - R66 Julian Köpke 13

14 CT Expositionspraxis Die mittlere effektive Dosis beträgt rund 8 msv Die effektiven Dosen sind mit Ausnahme von Thorax und Wirbelsäule höher als vor 10 Jahren (Abdomen Faktor 3) Häufigkeit: 90 Untersuchungen / 1000 E / a Beitrag der CT zur kollektiven effektiven Dosis hat von 35% auf 40% zugenommen Galanski M. et al. Fortschr Röntgenstr 2001;173;Seite R1 - R66 CT Expositionspraxis Ursachen des Anstiegs der Effektivdosen in den letzten 10 Jahren: Höhere Dosiswerte je Schicht durch leistungsfähigere Röhrensysteme Vergrößerung der Untersuchungsregionen neue Indikationen Mehrphasenuntersuchungen Galanski M. et al. Fortschr Röntgenstr 2001;173;Seite R1 - R66 Julian Köpke 14

15 Computertomographie Risikovergleich nach B.L.Cohen, Health Physics (1991) Befundungs-Workstation MRT CT Angiographie Diagnose? Julian Köpke 15