การกำหนดคุณลักษณะเครื่อง CT scan

การก�าหนดคุณลั�กษณะเคุร��อง CT scan

Suwit Saekho, Ph.D.Department of Radiological TechnologyFaculty of Associated Medical Sciences

Chiang Mai University

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

Need CT for ?

•Neurology

Routine brain? or ENT? or Perfusion?

•Body

Routine abdomen? Dynamic Study? CTA run-off?, CT Virtual Colonoscopy

•Cardiology

•Intervention

•Oncology

องคุ�ประกอบหลั�กที่��คุวรระบในคุณลั�กษณะ

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

From Single Slice CT to Multi-Slice CT

One image for one rotation

From Single Slice CT to Multi-Slice CT

Multiple images for one rotation

Z axis

Technological advance in CT technology

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

Total Scan Time

• จุดมุ่�งหมุ่ายคุ�อ ลัดartifact due to voluntary and involuntary patient motion

• Acceptable scan time ขึ้!"นก�บ การตรวจุ แลัะ สภาพผู้)*ป+วย เช่�น

- CT Pulmonary Angiography (CTPA) scan time ต*องไมุ่�นานกว�าการกลั�"นหายใจุ

- ผู้)*ป+วยเด/ก คุนช่ราแลัะผู้)*ป+วยที่��ไมุ่�ร) *ส!กต�ว

- Transit rate of Contrast

Total Scan Time: Gantry rotation time

• Short rotation time ลัด Artifacts เน��องจุากการเคุลั��อนไหวขึ้องผู้)*ป+วย

• Shortest Rotation time < 0.3 s. (Dual source CT) for cardiac imaging

• For general body scan, rotation time 0.5 s. ก/เพ�ยงพอแลั*ว Brain scan rotation time 1 s.

• ต*องเพ0�มุ่ Tube currents เพ��อช่ดเช่ยเวลัาที่��ส� "นลัง แลัะในการใช่*high tube currentsเป1นเวลัานาน หลัอดต*องมุ่� high anode heat capacity and high anode cooling rate

Total Scan Time: Detector array length

• 64 Slice scanners cover volume 20-40 mm/rot

• Latest MSCT scanners cover volume up to 160 mm

Total Scan Time: Effect of detector array length

• Effect of detector array length on number of rotations and scan time

Picture from CEP08007:March2009

Total Scan Time: Coverage of detector array

• 16 slice detector with reduced coverage for fine slices

10mm 20mm

16x0.625 8x1.254x1.254x1.25 4x1.25 4x1.25

16x0.625 16x1.25

Fixed array (Matrix)

Variable array (Hybrid)

From 16 to 64 slices detector array

Picture from CEP08007:March2009

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

Maximum scan Length

• ขึ้!"นก�บการตรวจุแลัะคุวามุ่สามุ่ารถขึ้องเคุร��อง เช่�น

- CT Peripheral angiography Run-offs - Maximum coverage in dynamic study such as CT

perfusion scanning

• Maximum scan length ขึ้!"นก�บ

- จุ�านวน แถว แลัะขึ้นาดขึ้อง Detector

- คุวามุ่ร*อนขึ้องหลัอดเอกซเรย� - ขึ้นาดคุวามุ่จุขึ้อง computer memory

Scanning system

Table from CEP08027:March2009

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

X-ray tube considerations

• Anode heat Capacity

• Anode heat cooling rate

• Focal spot size

• Flying focal spot ?

• Dual energy?

X-ray tube: Anode heat capacity

• High anode heat unit

High Capacity heat unit Low Capacity heat unit

X-ray tube: Anode cooling rate

• Maximum anode cooling rate

High cooling rate Low cooling rate

Technical considerations: x-ray tube

Direct convective cooling of anode

X-ray tube

High speed rotating anode diagram

• Larger disk with

higher speed of rotation

• liquid bearing

• direct anode cooling by continuous oil circulation

Flying focal spot & double z sampling

Dual Source

Picture from CEP08007:March2009

Dual Energy (80kV& 140 kV)• ใช่*แยกคุวามุ่แตกต�างขึ้องว�ตถที่��มุ่�คุ�า CT number

ใกลั*เคุ�ยงก�นเช่�น Soft tissue plaque แลัะ fatty tissue หร�อ calcified ก�บ contrast media

• ป4จุจุบ�นมุ่� 3 ว0ธี� 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

Three Types of Dual Energy

Dual source dual energy Single source dual energy

Double layered detector

IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2007

X-ray tube

Table from CEP08027:March2009

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

X-ray Generator• Power rating (kW) ก�าหนดคุ�า ส)งสด ต��าสดขึ้อง kV แลัะ mAs ที่��ใช่*

Table from CEP08027:March2009

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

Detector System

Quarter-detector shift:After 180 rotation, the detectors shift quarterof the their width giving more sampling points

Picture from CEP08007:March2009

Increase Resolution

Picture from CEP08007:March2009

Higher dose is the cost of increase resolution

Detector SystemTable from CEP08027:March2009

Detector SystemTable from CEP08027:March2009

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

Gantry Table from CEP08027:March2009

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

Image Quality

• Spatial Resolution (High Contrast Resolution)

• Contrast Resolution (Low Contrast Resolution)

• Temporal Resolution

Spatial Resolution (High Contrast Resolution)

• คุวามุ่สามุ่ารถในการแยกคุวามุ่แตกต�างระหว�างบร0เวณที่��มุ่�คุวามุ่เขึ้*มุ่ขึ้องส�ญญาณบนภาพมุ่ากแลัะน*อยออกจุากก�นได*

Picture from CEP08007:March2009

How to measure the spatial Resolution

• Modulation Transfer Function (MTF)

max min max min

max min max min

( ) , (0)

( )100%

(0)

C f C

C fMTF

C

ψmax

ψmin

ψmax

ψmin

C(f)=100%

C(f)=80%

MTF

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

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

Contrast Resolution (Low Contrast Resolution)

คุวามุ่สามุ่ารถในการแยกคุวามุ่แตกขึ้องภาพจุากพ�"นหลั�งเมุ่��อภาพมุ่�คุ�า CT number ใกลั*เคุ�ยงก�บพ�"นหลั�งซ!�งขึ้!"นก�บ• Contrast

• Image Noise

• Size

โดยที่��วจุะบอกเป1นขึ้นาดที่��เลั/กที่��สดที่��ตาสามุ่ารถแยกได*ที่��%contrast หน!�งๆ

Picture from CEP08007:March2009

Temporal Resolution

• ในที่าง CT หมุ่ายถ!งเวลัาที่��ใช่*ในการเก/บส�วนขึ้*อมุ่)ลั (Segment of Data)เพ��อใช่*ในการ Reconstruction

Time

Temporal Resolution

Acquisition segment

Picture from CEP08007:March2009

Temporal Resolution and Cardiac imaging

• โดยที่��วไปเวลัาที่��ต*องใช่*ในการเก/บขึ้*อมุ่)ลัในช่�วงที่��ห�วใจุอย)�น0�งที่��สด (End of Diastole) ประมุ่าณ 10% ขึ้อง1 cardiac cycle เช่�น

• ถ*าห�วใจุเต*น 60 คุร�"ง/นาที่� 1 คุร�"งใช่*เวลัา1 ว0นาที่�(Second) หร�อ 1000

ms.ด�งน�"นเก/บขึ้*อมุ่)ลัในช่�วงที่��ห�วใจุอย)�น0�งที่��สด คุ�อ

10%x1000ms=100msด�งน�"นถ*าเคุร��องใดที่��มุ่� Temporal resolution ส)งกว�า

100 ms ก/จุะไมุ่�สามุ่ารถสร*างภาพห�วใจุที่��ด�ได*

Image Reconstruction

• Fast and easy review of images at the console minimize delay, and increase throughput

• Reconstruction simultaneously with scanning?

• Iterative reconstruction?

• 3D reconstruction?

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

CT Dose

CTDIW

Provide an indication

of average dose over a single slicefor each setting of

nominal slice

thickness

100, 100,

1 1 2

3 3W c pCTDI CTDI CTDIC

Where C is mAs

Proposed by Commission of the European Communities (CEC)

CTDI volume

dpitch

M S

wvol

CTDICTDI

Pitch

It is used for Non contiguous slices CT or Spiral CT

p Pitch

M Numbers of slices per rotation

S Slice width

d Table move per one rotation

CT Dose

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

Q2 Value

• เป1นคุ�าที่��ใช่*พ0จุารณาภาพที่��โดยใช่*พารามุ่0เตอร�ต�อไปน�"ในการคุ�านวณ noise, spatial resolution, slice width แลัะ Dose

3

2 21

av

vol

fQ

Z CTDI

3 50 10

2

1

2

Image noise for 5cm ROI

= FWHM of slice profile

=Volume weighted CT dose Index (mGy)

av

vol

MTF MTFf

Z

CTDI

Comparison of Q2 between different systems

From Report06012

Example of Q2 application

From Report06012

Other Requirements

• Room Requirements:Radiation ProtectionAir Conditioner: one or two?Clean Room?

• Service maintenance and warranty

• PACS

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

Total scan time

Maximum scan length

X-ray generator

X-ray tube

Detector system

Image Quality

CT dose

Detector width, Speed of Rotation

Size and row of detectors, HU, Comp memory

Power rating, maximum kV, mA setting

Anode HU, cooling rate

Size and number of row, decay constant, Increase sampling

Spatial Resolution, Contrast resolution, Temporal resolution

CTDI100, CTDIvol, Q2

Thanks