Bildgebende Systeme in der Medizin

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1 10/27/2011 Page 1 Hochschule Mannheim Bildgebende Systeme in der Medizin Computer-Tomographie Faculty of Medicine Mannheim University of Heidelberg Theodor-Kutzer-Ufer 1-3 D Mannheim, Germany Friedrich.Wetterling@MedMa.Uni-Heidelberg.de 10/27/2011 Page 2 Übersicht 1) Zeilendetektoren 2) Projektionsprinzip 3) Iteratives Rekonsturktionsverfahren 4) Rückprojektionsverfahren Seite 1 1

2 10/27/2011 Page 3 Literature I Kalender: Computertomographie. Grundlagen, Gerätetechnologie, Bildqualität, Anwendungen, /27/2011 Page 4 Literature II Dössel: Bildgebende Verfahren in der Medizin, Chapter 4, 2000 Seite 2 2

3 RUPRECHT-KARLS 10/27/2011 Page 5 Computer Tomographie 1973 original EMI CT Kopf Scanner 1973 (Mayo Clinic, Rochester, USA) und 80 x 80 Matrix Kopf CT Bild source: Gray and Orton. Radiology 2000 RUPRECHT-KARLS 10/27/2011 Page 6 Röntgenstrahlen- und CT-Kontrast source: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag 2000 Seite 3 3

4 10/27/2011 Page 7 Zeilendetektor 10/27/2011 Page 8 CT Komponenten souirce: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag 2000 Seite 4 4

5 10/27/2011 Page 9 Subsekunden CT 1 sek. Rotationszeit 0.5 sek. Rotationszeit - mechanische Kräfte: Beschleunigung ~ g, Gewicht ~ 200 kg N! - Ortspräzession: ±0.1 mm! 10/27/2011 Page 10 CT Messung: Prinzip Das Objekt wird mit einem Nadelstrahl unter verschiedenen Abtastwinkeln abgetastet um die Schwächungskoeffizienten zu bestimmen. source: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag 2000 Seite 5 5

6 10/27/2011 Page 11 Wechselwirkung von Strahlen mit Materie x I 0 Reflexion I Streuung P Linearer Schwächungskoeffizient µ = Summe aller Teilabschwächungen Quantifizierung der Wechselwirkung durch Schwächungsgesetz: I = I 0 e µ x I 0 = Intensität der Strahlung beim Auftreffen auf das Objekt I = Intensität der Strahlung nach dem verlassen des Objekts x = Dicke der Materie 10/27/2011 Page 12 CT Messprinzip -Aus der Intensität der Röntgenstrahlung ist der Schwächungskoeffizient berechenbar (homogenes Objekt) - die Berechnung verschiedener Schwächungskoeffizienten (inhomogenes Objekt) erfordert mehrere Projektionen aus verschiedenen Winkelpositionen -ist µ eine Funktion des Ortes Tomographie notwendig! source: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag 2000 Seite 6 6

7 10/27/2011 Page 13 Nadelstrahl durch Materie µ 1 l µ 2 l µ N l i = J 0 e e... e = J 0 e J 1 J = J 0 e µ ( l ) dl ln J J 0 N = µ ( l ) dl µ l i 10/27/2011 Page 14 CT Messprinzip Algebraische Rekonstruktionstechnik (ART) source: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag 2000 Seite 7 7

8 10/27/2011 Page 15 Iteratives Lösungsverfahren 10/27/2011 Page 16 CT: Iterative Rekonstruktion (Lösung) source: Dössel. Bildgebende Verfahren in der Medizin 2000 Seite 8 8

9 10/27/2011 Page 17 CT: Iterative Rekonstruktion (Lösung) Projektion Datenwert wird zu gleichen Teilen auf die involvierten Voxel aufgeteilt 2. Projektion Differenz zwischen Vorwärtsrechnung und gemessener Trajektorie wird benutzt um die Voxelwerte zu gleichen Anteilen zu korrigieren Alle weiteren Projektionen werden in gleicher Art und Weise weiterverarbeitet (Rechenaufwändig) source: Dössel. Bildgebende Verfahren in der Medizin /27/2011 Page 18 Sukzessiver Bildaufbau Seite 9 9

10 10/27/2011 Page 19 Hounsfield Werte Definition des CT-Werts: CT-Werte enthalten die linearen Schwächungskoeffizienten des Gewebes in jedem Voxel. Dieser ist auf den Schwächungskoeffizienten von Wasser normiert. Mit dieser Definition sind die CT-Werte in verschiedenen Organen gut vergleichbar, stabil und unabhängig vom Röntgenspektrum. CT-Wert = (µ - µ water ) / µ water x 1000 HU 10/27/2011 Page 20 Hounsfield Skala CT-number [HU] fat lung air source: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag Werte Bit Seite 10 10

11 RUPRECHT-KARLS 10/27/2011 Page 21 Zwei Quellen CT Design mit zwei Röntgenquellen und zwei jeweils korrespondierenden Detektoren wurde schon früh zur Reduktion der Messzeit vorgeschlagen [nach Boyd, 1981]. source: Kalender. Computertomographie, Publicis MCD Verlag 2000 RUPRECHT-KARLS 10/27/2011 Page 22 Zwei Quellen CT - dual source CT: two X-ray sources and two detectors at the same time 0.33 seconds rotation courtesy: Siemens Medical Solution, Erlangen Seite 11 11

12 RUPRECHT-KARLS 10/27/2011 Page 23 Zwei Quellen CT Pulmonare Embolie (Pfeil) Großes Aneurisma der abfallenden Arterie Visualisierung der rechten und linken Herzkranzarterie sowei des Aortenbogens source: RUPRECHT-KARLS 10/27/2011 Page 24 Zwei Quellen CT - Zwei-Quellen CT: schnelle Visualisierung der kompletten Anatomie des Menschen in nur 42 s mit 0.33 mm isotropischer Auflösung - Räumliche Auflösung: 0.33 mm - 42 s für 1889 mm - Rotation: 0.5 sec kv, 120 mas/rotation mm Scanzeit courtesy: University Hospital of Munich Grosshadern, Munich Seite 12 12

13 10/27/2011 Page 25 Übersicht 1) Magnetresonanztomographie I (NMR Spektroskopie und MRT Basisparameter) (6.5.) 2) MRT II (MRT Systeme, Kodierverfahren, Sequenzen und Anwendungen) (27.5.) 3) Praktikum I (ZI) (Di ) 4) MRT III (der k-raum und Rekonstruktionsverfahren) (3.6.) 5) Praktikum II (UMM) (10.6., 15-17Uhr) 6) MRT IV (RF Resonatoren) (17.6.) 7) Widerholung und Prüfungsvorbereitung (24.6.) Seite 13 13