Avances Counting

Photon CT

TM. Msc. Phd© Cristian Cabrera G.

Que es lo que se busca

mejorar?

Resolución espacial (0,1 mm)

Resolución temporal

(10 mseg)

Resolución bajo

contraste

Cobertura y tiempo de

exploración.

Potencia de rayos X

Eficiencia detector

Artefactos

Avances Tecnologicos

AsociadosConteo

Fotonico(Espectral) en TC

Contraste de Fase en TC

Geometria Inversa en TC

Iteración

Conteo Fotonico

Espectral• Prototipo Experimental,

desarrollado por Philips.

• Opera hasta 130 keV

• Fila única de detectores

• 100 micrómetros de

resolución

Detector Conteo Fotonico

Detectores Contadores de

Fotones

Discriminación de Energía.

Tecnología Emergente.

Potencial beneficios clínicos en TC.

Problemática??

Discriminación de Energía

Solo miden la intensidad del haz de rayos X.

Detectores integradores de energía

Dual EnergyTC

TC Convencional

Conteo simultaneo de fotones en múltiples energías.

Mejor identificación

de tejidos

Reducción de dosis y

ruido.

Detectores Contadores de Fotones.

Detector Convencional en TC

Rayos X

Luz Carga

Centelleo

Fotones de luz

Fotodiodo

Par electron -hole

Detector TC Espectral

Rayos X Carga

Semiconductor Par electron-hole

Concepto de Contador

de Fotones ÚnicoIntegrador

Ei= pequeña contribución

de fotones X de baja

energía

Contador

1= fotones X de baja energía tienen

la misma contribución que los de alta energía

Efectos de Respuesta

Espectral (SRE)

Efectos SRE

Borramiento de estructuras finas

Habilidad para resolver espectros

tales como atenuadores de capa

K.

Distorsión por sobre posición de pulsos

producto de múltiples interacciones de cada fotón incidente.(PPE)

Efectos del choque

múltiple de pulsos(PPE)

Perdida en conteo

Falta medición de

energía

Como

recuperamos

esta

información?

Recuperación Información

• Simulación de Monte Carlo

• Basado en Mediciones

• Basado en Modelos

La tecnología Dual Energy

en TC, nos permite

discriminar:

• a. Componentes en forma independiente de placa

fibrolipidica en placa coronaria ateromatosa.

• b. Contenido de oxalato de calcio o acido úrico en

litisias ureterales.

• c. Contenido glandular y extraglandular mamario.

• d. Todas las anteriores

La tecnología Dual Energy

en TC, nos permite

discriminar:

• a. Componentes en forma independiente de placa

fibrolipidica en placa coronaria ateromatosa.

• b. Contenido de oxalato de calcio o acido úrico en

litisias ureterales.

• c. Contenido glandular y extraglandular mamario.

• d. Todas las anteriores

Objetivos de TC Espectral

• Simplificación Intrínseca;

-Actualización de tecnología de detectores.

• Mejoras en resolución y eficiencia de dosis.

- Pixeles mas pequeños con mínima perdida en “espacio muerto”.

• Eliminar ruido electrónico

- Conteo digital de fotones individuales de rayos X.

• Punto de partida para caracterización de tejidos

- Separación energética máxima

- Colección simultanea de datos

Detectores Conteo Fotonico

Dual Energy

• Alta Resolución

• Incapacidad de discriminar una clasificación de múltiples tejidos blandos

CdTe o CdZnTe

• Alta resolución de energía

• Discriminan múltiples bandas de energía en una sola adquisición

Detectores CdTe

N fotones de rayos X Incidentes en detector

N señales electricas

1:1. No hay dispersión de la señal

Lectura por ASIC

Circuito Integrado de

Aplicaciones Especificas

(ASIC)

• 128 canales paralelos

• Diseñado para conteo de fotones ultrarapidos.

• Permite el conteo de 6 millones de cuentas por

seg./mm2.

Principios Control espectral

de Fotones en TC

Parametros Detector

Imágenes

Photon Counting CT

TC

Tamaño Pixel 1*1mm

Geometria multicorte 2D (1000+32)

Tasa de Flujo (cps/mm ) 100 - 10000

Conteo/vistas ( 1 mseg) 1000 - 100000000

Numero de compartimientos 2

Camino a alto flujo

de conteo de fotones

• La tasa de conteo actual en los detectores

actuales es mayor a 100 Mcps/mm2.

• Futuros sistemas tendran el doble de

requerimientos.

Desarrollo Conteo de

Fotones

• Pixeles mas pequeños

1 mm.

• Conteo de fotones mas rapido

20 mseg.

• Sistema hibrido de Conteo/Integrador

• Conteo de fotones por capas

Caracterización Múltiples

energías

Caracterización Múltiples

energías

A. M. Alessio and L. MacDonald: Quantitative characterization from multi-energy CT

Electrónica conteo de pulsos

Procesamiento limpieza digital

de la señal

Rendimiento optimo de la

imagen

Desafios Detectores TC

Multiconteo de Fotones

Dual Detector

Tecnología Espectral

Beneficios Multiples Energias

Beneficios

• Sensibilidad Espectral

• Contraste entre el agua y diferentes materiales

puede ser optimizado, ajustando los valores de

los compartimientos de alta y baja energía.

Beneficios

• Ruido Electrónico “No clásico”

- Alto potencial de mejora de calidad de imagen y

reducción de dosis, en pacientes obesos y con

técnicas de ultra baja dosis.

Beneficios

Sensibilidad EspectralTC Multienergia (2 o mas compartimientos

de energia)

Beneficios

• Alta especificidad en separación de elementos de

un elemento particular de la capa K.

Diferencias Dual Source/

Conteo Fotones

Proceso Conteo Fotones

Identificación Células Tejido

quístico y maligno en pieza renal

Evaluación Tejido Mamario

Post Mortem

Desafíos

• Sensor de respuesta para flujos mas elevados de

fotones es complejo.

• Esto puede generar variación en tasa de conteo,

señal a la deriva, y artefactos en anillo y en

banda.

Desafíos

Desafios

• Duración de Pulso muy baja(7 a 8 nseg en CdTe)

también es problemática. Esto puede generar;

- Perdida de Resolución Espectral

- Conteo no lineal de los datos (parálisis de

detector)

Prototipo Pre clinico de CT

Scanner Hibrido• Gantry Dual Source

- A: detector convencional

- B: Prototipo de conteo

• Distancia foco detector 1,1 m

• Diámetro 78 cms

• Tiempo rotación gantry: 1 seg/rot

• Peak flujo de fotones; 250 millones/seg*area

- 80 kvp a 555 mA

- 100 kvp a 250 mA

- 120 kvp a 150 mA

- 140 kvp a 100 mA

Prototipo Pre clinico de CT

Scanner Hibrido

• Medición de medio

contraste Iodado

• Relación señal-ruido

optimizada en

umbrales de 25 a 55

kev.

• Potencial de

reducción de dosis de

hasta 32% en

exploraciones con

medio de contraste.

Que tipo de Tecnología TC genera

un análisis Espectral correcto?

• a. Dual Source

• b. Intercambiador de kVp

• c. Dual Detector

• d. Conteo Fotones

Que tipo de Tecnología TC genera

un análisis Espectral correcto?

• a. Dual Source

• b. Intercambiador de kVp

• c. Dual Detector

• d. Conteo Fotones

Conclusión

• El desarrollo general de las nuevas tecnologías

en TC , apuntan a la disminución de dosis.

• El conteo de Fotones proporciona beneficios en el

mejoramiento del realce de contraste( menos

dosis para la misma relación señal-ruido).

• Descomposición de N materiales dado por N

energías medidas.

• Mejora en la exactitud diagnostica.