Υπολογιστική (Αξονική) Τομογραφία

Transcript

1 Υπολογιστική (Αξονική) Τομογραφία Ι. Σεϊμένης Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής Ακ. Έτος

2 Υπολογιστική Τομογραφία Υπολογιστική Τομογραφία από τον διεθνή όρο Computed Tomography (CT) ή Υπολογιστική Τομογραφία από τον όρο Computed Axial Tomography (CAT) o Ο αρχικός όρος που χρησιμοποίησε ο Hounsfield ήταν computerised transverse axial tomography Στην Ελλάδα επικρατεί ο όρος Αξονική Τομογραφία

3 Aξονική Τομογραφία Αξονική: Κατά τον άξονα Τομογραφία από «τόμος» και «γραφή» Αναπαράσταση τμήματος (του σώματος) κατά μήκος του (μεγάλου) άξονα

4 Ανάγκη για Τομογραφική Απεικόνιση Η κλασσική ακτινογραφία (προβολική απεικόνιση) επιτυγχάνει αντίθεση της τάξης του 5%: Ανάγκη για καλύτερη αντίθεση μεταξύ μαλακών ιστών

5 Ανάγκη για Τομογραφική Απεικόνιση Το ανθρώπινο σώμα είναι μια τριδιάστατη δομή: Ανάγκη για ανάκτηση της πληροφορίας βάθους

6 Ανάγκη για Τομογραφική Απεικόνιση Μάζα Ακτινογραφία Υπολογιστική Τομογραφία

7 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

8 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

9 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Littleton, J.T. "Conventional Tomography" A History of the Radiological Sciences, American Roentgen Ray Society

10 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Στη δεκαετία του 30 ο Ιταλός ακτινολόγος Alessandro Vallebona πρότεινε μια μέθοδο για την αναπαράσταση μιας τομής του σώματος σε ακτινογραφικό φιλμ Η μέθοδος έγινε γνωστή ως συμβατική τομογραφία και βασίζεται σε βασικές αρχές της προβολικής τομογραφίας: Ταυτόχρονη κίνηση σε αντιδιαμετρικές κατευθύνσεις της λυχνίας και του φιλμ (τα οποία συνδέονται με μία ράβδο της οποίας το κέντρο περιστροφής είναι η εστία)

11 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Η τελική εικόνα απεικονίζει το επίπεδο (τομή) της εστίας με επαρκή οξύτητα ενώ τα άλλα επίπεδα απεικονίζονται ασαφή (θολά) Τροποποιώντας την κατεύθυνση και το εύρος της κίνησης, ο ακτινολόγος μπορούσε να επιλέξει τα διαφορετικά επίπεδα εστίας που περιέχουν τη δομή ενδιαφέροντος

12 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Littleton, J.T. "Conventional Tomography" A History of the Radiological Sciences, 1996,American Roentgen Ray Society

13 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή 1953: Pollak, B. "Experiences with Planography". Chest (American College of Chest Physicians) 24 (6): : O William Oldendorf σκέφθηκε να «τομογραφήσει» το κεφάλι με ακτίνες Χ Το 1961 κατάφερε να κατασκευάσει μία πρωτότυπη συσκευή Το 1963 κατοχύρωσε πατέντα (US) για "radiant energy apparatus for investigating selected areas of interior objects obscured by dense material

14 Τομογραφία: Ιστορική αναδρμή Even if it could be made to work as you suggest, we cannot imagine a significant market for such an expensive apparatus which would do nothing but make a radiographic crosssection of a head.

15 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Mετά από μελέτες δύο δεκαετιών από τον μηχανικό Hounsfield και τον ακτινοφυσικό Cormack δημιουργήθηκε ο πρωτότυπος ΥΤ στα εργαστήρια της εταιρίας EMI (Hayes, UK) Το πρωτότυπο σύστημα (1968)

16 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Σχεδόν τέσσερα χρόνια μετά το σύστημα ήταν έτοιμο να χρησιμοποιηθεί σε κλινικό περιβάλλον Mε τη βοήθεια των Beatles...

17 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Η πρώτη εγκατάσταση έγινε στο νοσοκομείο Atkinson Morley (Wimbledon) και η πρώτη σάρωση εγκεφάλου έγινε στις (δημοσιοποιήθηκε το 1972)

18 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Aπεικόνιση των μαλακών ιστών και των κοιλιών του εγκεφάλου για πρώτη φορά

19 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Ο ΥΤ της ΕΜΙ μπορούσε να σαρώσει μόνο εγκεφάλους Λήψη δεδομένων (ανά τομή) σε 4 min Χρησιμοποιούσε μια δεξαμενή από Perspex γεμάτη με νερό με ένα λαστιχένιο σκούφο μπροστά, στον οποίο τοποθετούσαν το κεφάλι Η δεξαμενή μείωνε τη δυναμική κλίμακα της ακτινοβολίας στους ανιχνευτές (δηλ. μεταξύ των ακτίνων εκτός κεφαλής και αυτών που διαπερνούσαν το κρανίο) 7 min χρόνος ανακατασκευής ανά εικόνα (Data General Nova minicomputer)

20 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Μαθηματικά η μέθοδος βασίζεται στο μετασχηματισμό Radon (ανακαλύφθηκε to 1917 από τον Johann Radon) Εάν η συνάρτηση ƒ αντιπροσωπεύει μια άγνωστη πυκνότητα, τότε ο μετασχηματισμός Radon αντιπροσωπεύει τα δεδομένα μιας τομογραφικής σάρωσης Έτσι, ο αντίστροφος μετασχηματισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανακατασκευή της αρχικής πυκνότητας από τα ληφθέντα δεδομένα

21 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Oμοίωμα Shepp Logan Μετασχηματισμός Radon (δεδομένα) Αντίστροφος Μετασχηματισμός Radon

22 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Ο Cormack βρήκε τη λύση μόνος του, μιας και μόλις το 1972 έμαθε για το μετασχηματισμό Radon Ως ακτινοφυσικός ενδιαφερόταν για την παραγωγή διδιάστατων χαρτών-τομών του συντελεστή εξασθένησης για το σχεδιασμό της ακτινοθεραπείας

23 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ): Ιστορική αναδρομή Αντίγραφο των εργασιών του στο J. Applied Physics ( ) ζητήθηκε από ένα μόνο group (Swiss Avalanche Research Center) που ενδιαφερόταν για την πιθανή χρήση της μεθόδου του στην πρόβλεψη του πάχους του χιονιού.

24 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

25 Ορισμός Υπολογιστικής Τομογραφίας Τομογραφική απεικόνιση του ανθρώπινου σώματος μέσω της χαρτογράφησης χαρακτηριστικών εξασθένησης της ακτινοβολίας από αυτό

26 Βασικές Αρχές ΥΤ Αντικείμενο ηγή Ακτίνων Χ μ(x,y,z 0 ) Ανιχνευτής Κατευθυντήρας Χρήση λυχνίας ακτίνων Χ, αλλά η έκθεση περιορίζεται σε μία εγκάρσια τομή (ή μερικές τομές) λόγω της ύπαρξης κατευθυντήρα Η λυχνία και ο ανιχνευτής περιστρέφονται γύρω από το προς απεικόνιση αντικείμενο λήψη μετρήσεων για πολλές γωνίες Η επιθυμητή εικόνα Ι(x,y) = μ(x,y,z 0 ) ανακατασκευάζεται από τις μετρήσεις

27 Βασικές Αρχές ΥΤ Για λεπτή, μονοενεργειακή δέσμη ακτίνων Χ που διαπερνά ένα ομοιογενές μέσο πάχους x με γραμμικό συντελεστή εξασθένησης μ, η εξασθένηση της πρωτογενούς δέσμης Ι 0 δίδεται από Ι = I 0 * exp -(μ x) μ Aνιχνευτής

28 Βασικές Αρχές ΥΤ Για λεπτή, μονοενεργειακή δέσμη ακτίνων Χ που διαπερνά δύο περιοχές με πάχη x 1 & x 2 και συντελεστές εξασθένησης μ 1 & μ 2, αντίστοιχα, η εξασθένηση της πρωτογενούς δέσμης Ι 0 δίδεται από Ι = I 0 * exp -(μ 1 x 1 + μ 2 x 2 ) μ 1 μ 2 Aνιχνευτής

29 Βασικές Αρχές ΥΤ Αν έχουμε n τμήματα με διαφορετικούς συντελεστές εξασθένησης το καθένα, τότε η ανιχνεύσιμη ένταση της ακτινοβολίας, Ι, δίδεται από Ι (x) = I 0 * exp -(Σ μ i x i ) για i=1,2,3 n μ 1 μ 2 μ i μ n Aνιχνευτής Mε μία μέτρηση (διέλευση) δεν μπορούμε να καθορίσουμε τoυς διάφορους συντελεστές μ i : χρειάζονται πολλαπλές μετρήσεις στο ίδιο επίπεδο αλλά σε διαφορετικές διευθύνσεις

30 Βασικές Αρχές ΥΤ Ι ο Ι ο x Ι ο Ι μ μ Ι ο μ 3 μ 4 Ι 3 Ι 4 Ι 2 Ανιχνευτές m 1 + m 2 = - 1 x ln æ I æ 1 æ æ I 1 = I o e -(m1+m2 ) x æ æ I o I 2 = I o e -(m 3+m 4 ) x m 3 + m 4 = - 1 x ln æ I æ 2 æ æ I o I 3 = I o e -(m 1+m æ 3 ) x æ m 1 + m 3 = - 1 x ln I 3 æ æ I o I 4 = I o e -(m 2+m 4 ) x m 2 + m 4 = - 1 x ln æ I æ 4 æ æ I o Σύστημα εξισώσεων 4x4 Ανιχνευτές

31 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

32 Συστήματα ΥΤ Στη διαχρονική εξέλιξη των YΤ τροποποιήθηκαν Ο αριθμός και η διάταξη των ανιχνευτών και της λυχνίας Η κίνηση του συστήματος λυχνία-ανιχνευτές Η μορφή και το εύρος της δέσμης με στόχο την επίτευξη των πολλαπλών μετρήσεων

33 Συστήματα ΥΤ Πρώτης Γενιάς Λεπτή, ευθυγραμμισμένη δέσμη προσπίπτει σε έναν ανιχνευτή Το σύστημα ανιχνευτή-λυχνίας πραγματοποιεί γραμμική μετατόπιση για τη λήψη πολλαπλών (π.χ.150) μετρήσεων Μετά πραγματοποιεί περιστροφή κατά 1 ο και λαμβάνει εκ νέου μετρήσεις Επανάληψη της γραμμικής μετατόπισης & των πολλαπλών μετρήσεων για τόξο 180 ο

34 Συστήματα ΥΤ Πρώτης Γενιάς Ένας ανιχνευτής: εύκολη βαθμονόμηση, μικρό κόστος Κατευθυντήρας και στη λυχνία και στον ανιχνευτή: Περιορισμός της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας Αργό σύστημα: περίπου 5 λεπτά για κάθε τομή (150x180=27000 μετρήσεις) Ικανοποιητική εικόνα για το κεφάλι, αλλά όχι για το σώμα (ασαφοποίηση λόγω κίνησης)

35 Συστήματα ΥΤ Δεύτερης Γενιάς Διαδικασία γραμμικής μετατόπισης & περιστροφής Αποκλίνουσα δέσμη ακτίνων Χ με εύρος (fan angle) περίπου10 ο Γραμμική σειρά ανιχνευτών (περίπου 30 - άρα 30 ταυτόχρονες μετρήσεις) Βήμα περιστροφής ίσον με το εύρος της δέσμης

36 Συστήματα ΥΤ Δεύτερης Γενιάς Σημαντικότατη μείωση του χρόνου ακτινοβόλησης (περίπου 20 sec ανά τομή) Δυνατότητα για διακράτηση της αναπνοής και, συνεπώς, βελτίωση της ποιότητας εικόνας στην απεικόνιση του σώματος

37 Συστήματα ΥΤ Τρίτης Γενιάς Δέσμη μεγαλύτερου εύρους (40 ο ) για κάλυψη όλου του σώματος (πεδίο απεικόνισης) Καμπυλοειδής διάταξη ανιχνευτών Το σύστημα λυχνίας-ανιχνευτών εκτελεί μόνο περιστροφική κίνηση γωνίας 360 ο (συνεχής περιστροφή)

38 Συστήματα ΥΤ Τρίτης Γενιάς Σάρωση (ανά τομή) σε ελάχιστα sec: Εύκολη ακινητοποίηση Είναι κρίσιμης σημασίας η σωστή βαθμονόμηση και ρύθμιση των ανιχνευτών (π.χ., για την αποφυγή κυκλικών ψευδεικόνων)

39 Συστήματα ΥΤ Τρίτης Γενιάς

40 χρόνο Συστήματα ΥΤ Τέταρτης Γενεάς Σταθεροί πολλαπλοί ανιχνευτές (έως 5000) σε διάταξη 360 Περιστρέφεται μόνο η λυχνία Δεν παρουσιάζονται ring artifacts: Ο κάθε ανιχνευτής σε κάποια φάση της σάρωσης δέχεται την πρωτογενή δέσμη και, άρα, βαθμονoμείται σε πραγματικό

41 Συστήματα ΥΤ Τέταρτης Γενεάς Ταχύτατη λήψη (1 sec/τομή) Οι ανιχνευτές δεν είναι πλέον συζευγμένοι με την λυχνία (δεν είναι δυνατή η χρήση διαφραγμάτων για την απόρριψη της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας) Ακριβή λύση (πολλοί ανιχνευτές)

42 Συστήματα ΥΤ Τρίτης Γενιάς Τεχνολογία Επιλογής

43 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

44 Συμβατική ΥΤ: Βασικές Αρχές Συμβατική (απλή) λήψη: Λήψη τομή-τομή (sequential CT, axial CT, slice-by-slice, scan-to-scan) Περιστροφή του συστήματος λυχνία-ανιχνευτής Η τράπεζα δε μετακινείται κατά την ακτινοβόληση (λήψη δεδομένων) Μετά τη λήψη των δεδομένων η λυχνία σταματά την ακτινοβόληση και το τραπέζι μετακινείται στην επόμενη θέση για ακτινοβόληση εκ νέου

45 Συμβατική ΥΤ: Βασικές Αρχές Μεγάλος συνολικός χρόνος λήψης για επαρκή κάλυψη με συνεχόμενες τομές

46 Συμβατική ΥΤ: Βασικές Αρχές Καλώδια μεταφοράς ισχύος και δεδομένων Περιστρεφόμενο ικρίωμα (gantry) Καλώδια πεπερασμένου μήκους: Ανάγκη για τερματισμό της περιστροφής και αλλαγή της κατεύθυνσης περιστροφής Λήψη σειράς εικόνων με εναλλασσόμενες δεξιόστροφες και αριστερόστροφες περιστροφές (τύλιγμαξετύλιγμα καλωδίων υψηλής τάσης)

47 Μείωση του Χρόνου Σάρωσης ΥT πολλαπλών λυχνιών (14 Λυχνίες, the Mayo monster ) Σύστημα εκτροπής δέσμης ηλεκτρονίων (Electron beam CT) Ελικοειδής (ή σπειροειδής ή ογκομετρική) Υπολογιστική Τομογραφία (ΕΥΤ) (helical CT ή spiral CT) ΥT πολλαπλών τομών (ή πολλαπλών ανιχνευτών / συστοιχιών / σειρών) (multislice CT ή multidetector CT) ΥΤ δύο λυχνιών (Dual source CT)

48 Μείωση του Χρόνου Σάρωσης ΥT πολλαπλών λυχνιών (14 Λυχνίες, the Mayo monster ) Σύστημα εκτροπής δέσμης ηλεκτρονίων (Electron beam CT) Ελικοειδής (ή σπειροειδής ή ογκομετρική) Υπολογιστική Τομογραφία (ΕΥΤ) (helical CT ή spiral CT) ΥT πολλαπλών τομών (ή πολλαπλών ανιχνευτών / συστοιχιών / σειρών) (multislice CT ή multidetector CT) ΥΤ δύο λυχνιών (Dual source CT)

49 ΥT Ελικοειδούς Σάρωσης: Βασικές Αρχές Εισαγωγή της ελικοειδούς σάρωσης το 1989 Συνεχής σάρωση (έκθεση και μέτρηση) Συνεχής κίνηση εξεταστικής τράπεζας Πορεία λυχνίας και ανιχνευτή Διεύθυνση κίνησης Αρχή ελικοειδούς σάρωσης

50 ΥT Ελικοειδούς Σάρωσης: Βασικές Αρχές

51 ΥT Ελικοειδούς Σάρωσης: Βασικές Αρχές Τεχνολογία slip ring (δαχτυλίδι επαφής): Επιτρέπει την μεταφορά ισχύος ή/και δεδομένων ανάμεσα σε μία σταθερή και μία περιστρεφόμενη δομή Σήματα και ισχύς μεταδίδονται στο περιστρεφόμενο ικρίωμα με «ηλεκτρικές βούρτσες» πάνω σε στατικά δαχτυλίδια Δεν υφίσταται πλέον η ανάγκη για σταμάτημα-ξεκίνημα της περιστροφής Μονάδες ισχύος Σήματα από ανιχνευτές «Ηλεκτρική Βούρτσα» επαφής

52 Μείωση του Χρόνου Σάρωσης ΥT πολλαπλών λυχνιών (14 Λυχνίες, the Mayo monster ) Σύστημα εκτροπής δέσμης ηλεκτρονίων (Electron beam CT) Ελικοειδής (ή σπειροειδής ή ογκομετρική) Υπολογιστική Τομογραφία (ΕΥΤ) (helical CT ή spiral CT) ΥT πολλαπλών τομών (ή πολλαπλών ανιχνευτών / συστοιχιών / σειρών) (multislice CT ή multidetector CT) ΥΤ δύο λυχνιών (Dual source CT)

53 YΤ Πολλαπλών Τομών Oι σαρώσεις με σύστημα πολλαπλών τομών είναι ίδιες με τις σαρώσεις με μονοτομικό σύστημα Με μια βασική διαφορά: Με το σύστημα πολλαπλών τομών πολλαπλές τομές λαμβάνονται σε μία πλήρη περιστροφή διότι υπάρχουν πολλαπλές σειρές (συστοιχίες) ανιχνευτών κατά μήκος του z

54 YΤ Πολλαπλών Τομών Συμβατική (απλή) σάρωση διαδοχικών τομών Σύστημα μίας τομής Σύστημα τεσσάρων τομών

55 YΤ Πολλαπλών Τομών Ελικοειδής σάρωση Μία έλικα Τέσσερες έλικες

56 YΤ Πολλαπλών Τομών από 4 μέσω 16 σε

57 YΤ Πολλαπλών Τομών σε (2008)

58 YΤ Πολλαπλών Τομών και σε (2014)

59 ΥΤΠΤ: Κλινικά Πλεονεκτήματα Μικρότερος χρόνος λήψης δεδομένων ή Λεπτότερες τομές (ακριβέστερη απεικόνιση) ή Μεγαλύτερη ανατομική κάλυψη ή Συνδυασμός των προηγούμενων Μείωση χρησιμοποιούμενης ποσότητας σκιαγραφικού μέσου Λιγότερες ψευδοεικόνες λόγω κίνησης του ασθενή Μικρότερες διακρατήσεις αναπνοής Καλύτερη διακριτική ικανότητα Μείωση θερμικής υπερφόρτωσης λυχνίας Ανάπτυξη νέων εφαρμογών

60 ΥΤΠΤ: Κλινικές Εφαρμογές Αγγειoγραφία Λεπτότερες τομές για επεξεργασία Μεγαλύτερη κάλυψη σε συντομότερο χρόνο Μείωση αναγκαίας ποσότητας σκιαγραφικού

61 ΥΤΠΤ: Κλινικές Εφαρμογές Θώρακας / Κοιλιακή χώρα Λεπτότερες τομές για ανίχνευση μικρών οζιδίων Μεγαλύτερη κάλυψη στη διακράτηση μιας αναπνοής

62 ΥΤΠΤ: Κλινικές Εφαρμογές Δυναμικές μελέτες Λήψη δεδομένων αρτηριακής φάσης με μέγιστη συγκέντρωση σκιαγραφικού Ακριβέστερη απεικόνιση των διαφόρων φάσεων Μείωση χρησιμοποιούμενης ποσότητας σκιαγραφικού Λεπτότερες τομές με μεγαλύτερη κάλυψη

63 ΥΤΠΤ: Κλινικές Εφαρμογές Tραύμα / Παιδιατρική Μεγάλη ανατομική κάλυψη σε σύντομο χρόνο Λήψη επιπλέον δεδομένων για γενικότερη εκτίμηση Λιγότερες ψευδοεικόνες λόγω κίνησης του ασθενή

64 ΥΤΠΤ: Κλινικές Εφαρμογές Καρδιά Εκτίμηση αποτιτανώσεων Eκτίμηση μυοκαρδίου Αγγειογραφία στεφανιαίων

65 ΥΤΠΤ: Κλινικές Εφαρμογές Mελέτες μικροαιμάτωσης Παράγουν ποσοτικούς παραμετρικούς χάρτες της μικροαιμάτωσης του εγκεφάλου Προσφέρουν πολύ σημαντική πληροφορία σε περιπτώσεις ισχαιμικών εγκεφαλικών επεισοδίων

66 ΥΤΠΤ: Ερωτήματα Πόσες τομές είναι αρκετές; Μεγάλος αριθμός εικόνων Παρουσίαση; Αποτύπωση; Αποθήκευση; Απορροφούμενη δόση από τον ασθενή;

67 Πόσες τομές είναι αρκετές; ΥΤΠΤ: Απαντήσεις Το γεγονός ότι μόνο η απεικόνιση της καρδιάς και οι μελέτες αιμάτωσης επωφελούνται σημαντικά από τη χρήση συστημάτων με περισσότερες από 16 τομές καταδεικνύει ότι η ανάπτυξη σε αυτόν τον τομέα είναι πρωτίστως προϊόν τεχνολογικής προόδου και δευτερευόντως κλινικών αναγκών

68 ΥΤ πολλαπλών τομών «Έκρηξη δεδομένων» Λεπτότερες τομές (5 mm 4 * 1.25 mm) Καλύτερη διακριτική ικανότητα, λιγότερα φαινόμενα μερικού όγκου Ίδια ταχύτητα αλλά τετραπλάσιος αριθμός εικόνων

69 ΥΤ πολλαπλών τομών «Έκρηξη δεδομένων»

70 ΥΤ πολλαπλών τομών «Έκρηξη δεδομένων» Έλεγχος του αριθμού εικόνων που παρουσιάζονται μέσω συνένωσης Εικόνα 5 mm με ποιότητα εικόνας ίδια με 1.25 mm Δυνατότητα για επικέντρωση

71 ΥΤ πολλαπλών τομών «Έκρηξη δεδομένων» Η συνένωση εικόνων προσφέρει επαρκή έλεγχο για ΥΤ 4-16 τομών αλλά όχι για ΥΤ τομών! Ανάγκη για πιο δραστικές λύσεις! Ογκομετρική (3D) απεικόνιση Nέα διαδραστικά εργαλεία για τριδιάστατη απεικόνιση

72 ΥΤΠΤ: «Εργαλεία» Διαχείρισης Πληροφορίας Multi-Planar Reformatting (MPR) / Πολύ-Επίπεδη Ανασύνθεση Maximum Intensity Projection (MIP) / Προβολή Μέγιστης Έντασης Shaded Surface Display (SSD) / Απεικόνιση Φωτοσκιασμένης Επιφάνειας Volume Rendering (VR) / Απεικόνιση Όγκου Virtual Endoscopy / Εικονική Ενδοσκόπηση

73 Multi-Planar Reformatting (MPR) Πολύ-Επίπεδη Ανασύνθεση Το ΜPR επιτρέπει την θέαση δεδομένων σε οβελιαίο (sagittal) ή στεφανιαίο (coronal) επίπεδο συνδυάζοντας δεδομένα από πολλές εγκάρσιες τομές

74 Multi-Planar Reformatting (MPR) Πολύ-Επίπεδη Ανασύνθεση

75 MPR σε Πλάγιο Επίπεδο

76 MPR σε Καμπύλο Επίπεδο Ανασύνθεση κατά μήκος μιας αυθαίρετης καμπύλης γραμμής και ευθυγράμμισή της

77 Maximum (min) Intensity Projection (MIP) Προβολή Μέγιστης (Eλάχιστης) Έντασης Οι προβολικές εικόνες μπορούν να ανακατασκευαστούν σε οποιοδήποτε ανατομικό επίπεδο Μια σειρά τέτοιων εικόνων (προβολές 360 ο ) μπορεί να αναπαραχθεί σε κινηματογραφική θέαση

78 Volume Rendering (VR) Απεικόνιση Όγκου Η τεχνική VR παρέχει τη δυνατότητα απεικόνισης, με μεγάλη ακρίβεια, των οστικών δομών ή και της εξωτερικής επιφάνειας «3D facial reconstruction and visualization of ancient Egyptian mummies using spiral CT data: Soft tissues reconstruction and textures application» Giuseppe Attardi et al

79 Volume Rendering (VR) Mουσείο Grenoble: African sculpted box. MHNGr Φωτογραφία 3D VR Φωτογραφία 3D VR

80 Volume Rendering (VR) Paleolagus haydeni, Wyoming (USA), oligocène (αρχαίος λαγός 33.9 x 10 6 χρόνια) Φωτογραφία 3D VR

81 Virtual Endoscopy Εικονική Ενδοσκόπηση Μη επεμβατική, εικονική προσομοίωση του συμβατικού ενδοσκοπίου Χρήση SSD και VR τεχνικών για την απεικόνιση του εσωτερικού του όγκου σάρωσης Χάραξη πορείας σε 2D ή MPR εικόνες για εφαρμογή κινηματικών τεχνικών (fly through)

82 Virtual Endoscopy Εικονική Ενδοσκόπηση Εφαρμογές: Αγγεία Αεραγωγοί Πεπτικοί σωλήνες Aορτικός διαχωρισμός Βρογχοσκόπηση

83 Eικονική Κολονοσκόπηση Η κατάτμηση και ο σχεδιασμός της πορείας γίνεται αυτόματα Supine Prone Σύγκριση δεδομένων ληφθέντων σε πρηνή και ύπτια θέση Αλλαγή εμπρόσθιας /οπίσθιας πορείας με ένα κλικ Ρύθμιση ταχύτητας κίνησης

84 Μείωση του Χρόνου Σάρωσης ΥT πολλαπλών λυχνιών (14 Λυχνίες, the Mayo monster ) Σύστημα εκτροπής δέσμης ηλεκτρονίων (Electron beam CT) Ελικοειδής (ή σπειροειδής ή ογκομετρική) Υπολογιστική Τομογραφία (ΕΥΤ) (helical CT ή spiral CT) ΥT πολλαπλών τομών (ή πολλαπλών ανιχνευτών / συστοιχιών / σειρών) (multislice CT ή multidetector CT) ΥΤ δύο λυχνιών (Dual source CT)

85 ΥΤ Δύο Λυχνιών Δύο Λυχνίες Δύο Ανιχνευτικά Συστήματα Δύο ανεξάρτητες διατάξεις με μία λυχνία και ένα ανιχνευτικό σύστημα η καθεμία που διαχωρίζονται γεωμετρικά κατά 94 ο 2006: Πρώτης Γενιάς 2009: Δεύτερης Γενιάς 2014: Τρίτης Γενιάς

86 ΥΤ Δύο Λυχνιών Επιτυγχάνουν μικρότερο χρόνο λήψης των απαραίτητων δεδομένων για την ανασύνθεση μίας εικόνας σε σχέση με τα συστήματα μίας λυχνίας: καλύτερη χρονική ικανότητα ή καλή χωρική διακριτική ικανότητα σε μικρό χρόνο σάρωσης

87 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

88 Σχηματικό Διάγραμμα Συστήματος ΥΤ Σύστημα τράπεζας Ικρίωμα Λυχνία Χ-ray Ανιχνευτές Σύστημα λήψης δεδομένων Kεντρική μονάδα ελέγχου Μονάδα Ανασύνθεσης Δίκτυο Μονάδα θέασης εικόνας Αρχειοθέτηση

89 Λυχνία Ακτίνων Χ Παραγωγή ακτίνων Χ Θερμιονική εκπομπή ηλεκτρονίων στην κάθοδο Πρόσκρουση ηλεκτρονίων στην άνοδο

90 Λυχνία Ακτίνων Χ Σχεδόν το 99% της ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα Η θερμοχωρητικότητα της λυχνίας καθορίζει τον μέγιστο αριθμό σαρώσεων μέχρι τo όριο θερμικής αντοχής Μονάδα θερμοχωρητικότητας : HU (Heat Unit) Ο ρυθμός ψύξης της λυχνίας καθορίζει τον χρόνο αναμονής για επόμενη σάρωση, όταν η λυχνία έχει φτάσει τη μέγιστη επιτρεπτή θερμοκρασία Μονάδα ρυθμού ψύξης : HU/min

91 Λυχνία Ακτίνων Χ σε συστήματα ΥΤ Συμβατική λυχνία: Ψύξη κυρίως μέσω θερμικής εκπομπής (η άνοδος είναι μέσα στο περίβλημα «κενού») Λυχνία «περιστρεφόμενου φακέλου»: Η άνοδος είναι σε άμεση επαφή με το ψυκτικό λάδι και η ψύξη επιτυγχάνεται κυρίως μέσω αγωγιμότητας. Επίσης, δεν υπάρχουν μετακινούμενα μέρη μέσα στο κενό

92 Ηθμός Aκτίνων Χ Aνάγκη εξάλειψης των ακτίνων Χ χαμηλής ενέργειας (beam hardening) Επίπεδο φίλτρο εντός του κελύφους της λυχνίας Τουλάχιστον ισοδύναμο 2.5 mm Aluminium

93 Σφηνοειδές Φίλτρο Σφηνοειδές φίλτρο (wedge or bow-tie filter) για τη διαμόρφωση της δέσμης (εκτός του κελύφους της λυχνίας) Επιτρέπει τη διέλευση ακτίνων υψηλότερης έντασης από το κέντρο μιας και θα εξασθενήσουν περισσότερο εντός του σώματος του εξεταζομένου Εξασφαλίζεται έτσι σχεδόν σταθερό σήμα στους ανιχνευτές ανεξαρτήτως της θέσης τους

94 Διαφράγματα Ακτινοβολίας (Κατευθυντήρες) Κινούμενα φύλλα μολύβδου πριν (και μετά) τον ασθενή Καθορίζουν (διαμορφώνουν) το ονομαστικό πάχος τομής (εύρος διαμορφωμένης δέσμης στον άξονα z) και αποκόπτουν τη σκεδαζόμενη ακτινοβολία

95 Πάχος Τομής

96 Διατομή Κεφαλής Λυχνίας Σφηνοειδές φίλτρο Φίλτρο επιλογής (για συγκεκριμένες κλινικές εφαρμογές) Φύλλα Μολύβδου (κατευθυντήρες)

97 Πάχος Τομής Η δέσμη είναι κωνική, ενώ η εστία δεν είναι σημειακή Ακόμη και η χρήση διαφραγμάτων δεν εξασφαλίζει απόλυτα ομοιόμορφες και παράλληλες τομές Περιοχές εκτός της επιλεγμένης, με τα διαφράγματα, τομής δέχονται ακτινοβολία (παρασκιά-penumbra)

98 Πάχος Τομής To φαινόμενο αυτό περιγράφεται από το προφίλ της τομής (slice profile) που δείχνει σε ποιο βαθμό ένα συγκεκριμένο σημείο που απέχει μια δεδομένη απόσταση από το κέντρο της τομής συνεισφέρει στην εικόνα

99 Ανιχνευτές Ακτινοβολίας Βασικές παράμετροι: Απόδοση απορρόφησης (ή ενδογενής ευαισθησία) το κλάσμα των ακτίνων Χ που εισέρχονται στις ενεργές ανιχνευτικές περιοχές και εν τέλει απορροφούνται (δηλαδή δεν διέρχονται απλά αλλά αντιδρούν με το υλικό του ανιχνευτή) Σταθερότητα απόκρισης Ταχύτητα απόκρισης Κόστος

100 Κεραμικοί Ανιχνευτές Σπινθηρισμών (solid state) Σχετικά υψηλό κόστος Μέτρια απόκριση Πολύ υψηλή απόδοση: 99% Οι ανιχνευτές επιλογής στα σύγχρονα συστήματα (cadmium tungstate ή gadolinium-oxide ή gadolinium oxi-sulfide, ή yttriumgadolinium- oxide, κλπ)

101 YΤ Πολλαπλών Τομών (ΑΤΠΤ) Η κύρια διαφορά σε σύγκριση με τα συστήματα μίας τομής έγκειται στο ανιχνευτικό σύστημα

102 YΤ 256 Τομών: Ανιχνευτής Z z X Σφαιρική διάταξη (καμπύλωση κατά μήκος των αξόνων x & z) για σταθερή απόσταση από την εστία Μεγάλη κάλυψη (80 mm) στον άξονα z (128 συστοιχίες με mm πάχος ανιχνευτικού στοιχείου) Συνολικά ανιχνευτικά στοιχεία

103 YΤ 256 Τομών: Ανιχνευτής Βασική Μονάδα 2D-AS Διδιάστατο (ανά πλακίδιο) πλέγμα αντισκεδαστή για πολύ καλό έλεγχο της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας

104 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

105 Λήψη Δεδομένων Τι μετράμε στην πραγματικότητα; Την προσπίπτουσα ακτινοβολία πάνω στους ανιχνευτές Δηλαδή, την διερχόμενη ακτινοβολία μετά την εξασθένησή της από το προς απεικόνιση αντικείμενο

106 Λήψη Δεδομένων Αν υποθέσουμε ότι 1. Η δέσμη ακτίνων Χ είναι πολύ λεπτή 2. Η ακτινοβολία είναι μονοχρωματική 3. Η σκεδαζόμενη ακτινοβολία δεν ανιχνεύεται τότε η διερχόμενη ένταση δίδεται από όπου μ(x,y) είναι η διδιάστατη κατανομή του γραμ. συντελεστή εξασθένησης, Ι 0 η αρχική ένταση και τα φ, x δηλώνουν τη θέση της μέτρησης (το σύστημα συντεταγμένων x y περιστρέφεται μαζί με τη λυχνία)

107 Λήψη Δεδομένων Πρόκειται δηλαδή για τον νόμο εξασθένησης της πρωτογενούς δέσμης Ι (x) = I 0 * exp (-μ x) μόνο που έχουμε λάβει υπ όψιν την χωρική διακύμανση του μ

108 Λήψη Δεδομένων Μία προβολή, λφ, του προς απεικόνιση αντικειμένου ορίζεται ως ο αρνητικός λογάριθμος της σχετικής διέλευσης της δέσμης από το αντικείμενο Η παραπάνω εξίσωση καθορίζει τη γραμμική σχέση μεταξύ των μετρούμενων προβολών (δεδομένων) με τη συνάρτηση μ (x,y)

109 Λήψη Δεδομένων Προβολή : To αποτέλεσμα μέτρησης όλων των ανιχνευτών (δηλ. όλα τα ληφθέντα σήματα) για μία θέση (γωνία) της λυχνίας

110 Λήψη Δεδομένων Ημιτονόγραμμα (sinogram) = Το διδιάστατο σύνολο των προβολών αναπαριστάμενο σε άξονες θέσης (x ) & γωνίας προβολής (φ)

111 Επεξεργασία Δεδομένων Μέτρηση πολλών προβολών για διάφορες γωνίες Μετατροπή ληφθέντων δεδομένων σε ψηφιακή μορφή Προεπεξεργασία σημάτων (π.χ. διόρθωση για ανομοιογένειες ανιχνευτή και για beam hardening φαινόμενα) Σκλήρυνση δέσμης: Καθώς η ακτινοβολία περνά μέσα από το σώμα, τα χαμηλής ενέργειας φωτόνια απορροφούνται πιο γρήγορα από τα υψηλής ενέργειας φωτόνια. Η μέση ενέργεια της δέσμης αυξάνεται: Η δέσμη σκληραίνει Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την απόκλιση από το νόμο της εκθετικής εξασθένησης Αποθήκευση σημάτων ως πρωτογενή δεδομένα (CT raw data)

112 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

113 Ανακατασκευή Εικόνας Το πρόβλημα της ανακατασκευής είναι αυτό της αντιστροφής της παρακάτω εξίσωσης Δηλ. της ανασύνθεσης του μ (x,y) από ένα σετ ληφθέντων προβολών, λφ

114 Ανακατασκευή Εικόνας Διάφορες προσεγγίσεις (αλγόριθμοι): Μετασχηματισμός Fourier (Fourier Transform) Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα (Filtered Backprojection, Convolution Method) Επαναληπτικές τεχνικές (Algebraic Reconstruction, Simultaneous Iterative Reconstruction, Series Expansion, Iterative Least-Squares Technique)

115 Ανακατασκευή Εικόνας Διάφορες προσεγγίσεις (αλγόριθμοι): Μετασχηματισμός Fourier (Fourier Transform) Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα (Filtered Backprojection, Convolution Method) Επαναληπτικές τεχνικές (Algebraic Reconstruction, Simultaneous Iterative Reconstruction, Series Expansion, Iterative Least-Squares Technique)

116 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) «Αντιστροφή» της διαδικασίας μέτρησης των προβολών Τα δεδομένα (προβολές) «οπισθοπροβάλλονται» πάνω στην υπό ανακατασκευή εικόνα κατά μήκος της διαδρομής διέλευσης των ακτίνων Χ

117 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection)

118 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Πρώτη Οπισθοπροβολή

119 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Δεύτερη Οπισθοπροβολή

120 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Συνδυασμός Οπισθοπροβολών

121 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection)

122 Ανακατασκευή Εικόνας Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection): Παραδοχές Κάθε διαδρομή διέλευσης των ακτίνων Χ χωρίζεται σε στοιχειώδη ισομεγέθη τμήματα, τα οποία θεωρούμε ότι συνεισφέρουν με την ίδια βαρύτητα στην συνολική εξασθένηση της δέσμης κατά μήκος της συγκεκριμένης διαδρομής Ο τελικός συντελεστής εξασθένησης κάθε στοιχειώδους τμήματος θεωρούμε ότι προέρχεται από το άθροισμα των συντελεστών εξασθένησης που υπολογίζονται για κάθε διαδρομή που τέμνει το συγκεκριμένο τμήμα

123 Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Απλή, εύκολα εφαρμόσιμη μέθοδος Χαμηλής ποιότητας απεικόνιση (κυρίως ασαφοποίηση στις διεπιφάνειες υψηλής αντίθεσης) Ανακατασκευή Εικόνας

124 Ανακατασκευή Εικόνας Διάφορες προσεγγίσεις (αλγόριθμοι): Μετασχηματισμός Fourier (Fourier Transform) Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα (Filtered Backprojection, Convolution Method) Επαναληπτικές τεχνικές (Algebraic Reconstruction, Simultaneous Iterative Reconstruction, Series Expansion, Iterative Least-Squares Technique)

125 Ανακατασκευή Εικόνας Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα (Filtered Backprojection, Convolution Method) Oι προβολές φιλτράρονται πριν την οπισθοπροβολή Εν συνεχεία, ακολουθείται η προαναφερόμενη διαδικασία

126 Ανακατασκευή Εικόνας Φιλτράρισμα Μαθηματική διαδικασία με αλγόριθμους συνέλιξης (μονοδιάστατο ολοκλήρωμα) Ουσιαστικά το φίλτρο απαλείφει τις συχνότητες των σημάτων που οδηγούν σε ασαφοποίηση της τελικής εικόνας Xωρίς φίλτρο Με συνέλιξη

127 Ανακατασκευή Εικόνας Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα Ουσιαστικά το φίλτρο απαλείφει τις συχνότητες των σημάτων που οδηγούν σε ασαφοποίηση της τελικής εικόνας

128 Βελτίωση της ποιότητας απεικόνισης! Ανακατασκευή Εικόνας Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα

129 Ανακατασκευή Εικόνας Φιλτράρισμα Πρακτικά, μπορούν να εφαρμοσθούν διαφορετικά φίλτρα προς εξυπηρέτηση διαφορετικών διαγνωστικών στόχων o o «Λείο» φίλτρο (smooth) για την απεικόνιση μαλακών ιστών: Μειώνει το θόρυβο, αυξάνει την αντίθεση «Οξύ» φίλτρο (sharp) για απεικόνιση με υψηλή ευκρίνεια αλλά με υψηλό θόρυβο

130 Ανακατασκευή Εικόνας Φιλτράρισμα Στην απεικόνιση του πνευμονικού παρεγχύματος (υψηλή ενδογενή αντίθεση), η χρήση οξέος φίλτρου αυξάνει την ευκρίνεια Στην απεικόνιση του ηπατικού παρεγχύματος (χαμηλή ενδογενή αντίθεση), η χρήση του οξέος φίλτρου αυξάνει τα επίπεδα θορύβου και, πιθανώς, να συγκαλύψει μια δομή μικρής αντίθεσης

131 Ανακατασκευή Εικόνας Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα Είναι η μέθοδος ανακατασκευής που χρησιμοποιείται ευρύτατα στα σύγχρονης τεχνολογίας συστήματα Οι πολύπλοκοι αλγόριθμοι φιλτραρίσματος απαιτούν σημαντική υπολογιστική ισχύ Η εφαρμογή τους κατέστη εφικτή με πρώιμους υπολογιστές διότι το φιλτράρισμα μπορεί να αρχίσει πριν την ολοκλήρωση της συλλογής των δεδομένων Η εικόνα θα ήταν ακριβώς όμοια με το πραγματικό αντικείμενο, αν λαμβάνονταν άπειρες προβολές με άπειρα στοιχειώδη τμήματα

132 Ανακατασκευή Εικόνας Λήψη μεγάλου αριθμού προβολών για σωστή απεικόνιση Σύγχρονα Συστήματα: προβολές για κάθε περιστροφή 360 ο της λυχνίας στοιχειώδη τμήματα σε κάθε προβολή

133 Ανακατασκευή Εικόνας Διάφορες προσεγγίσεις (αλγόριθμοι): Μετασχηματισμός Fourier (Fourier Transform) Απλή οπισθοπροβολή (Backprojection) Οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα (Filtered Backprojection, Convolution Method) Επαναληπτικές τεχνικές (Algebraic Reconstruction, Simultaneous Iterative Reconstruction, Series Expansion, Iterative Least-Squares Technique)

134 Ανακατασκευή Εικόνας Επαναληπτικές Τεχνικές Χρησιμοποιήθηκαν ευρέως στα πρώτα συστήματα ΥΤ. Μετά εξαφανίσθηκαν Υπολογιστικά απαιτητικοί αλγόριθμοι και χρονοβόρα διαδικασία ανασύνθεσης: Η διαδικασία ανασύνθεσης ξεκινά μετά τη λήψη όλων των δεδομένων Επανήλθαν πριν περίπου δέκα έτη στο ερευνητικό πεδίο, και εδώ και λίγα χρόνια διατίθενται στα εμπορικά συστήματα

135 Ανακατασκευή Εικόνας Επαναληπτικές Τεχνικές Η αλγεβρική επαναληπτική τεχνική είναι η πιο απλή στην υλοποίησή της (παραμένει όμως ευαίσθητη στον κβαντικό θόρυβο, άρα δεν προσδίδει κάποιο πλεονέκτημα στην ποιότητα εικόνας)

136 Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα αντικείμενο που η συνάρτηση ενδιαφέροντος μίας τομής του αποτελείται από εννέα τιμές όπως φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα

137 Λαμβάνονται 4 προβολές: Π1-Π4 (έως 3 στοιχειώδη τμήματα η κάθε μία)

138 Π3 Π Π2 Π4

139 Υ1 (με βάση το Π1): RMS=1.4 Π

140 Υ2 (με βάση τα Π1 & Π2) Π Π

141 Υ2 (με βάση τα Π1 & Π2): RMS=1.2 Π Π2 2,3 2,7 1 7,3 7,7 6 6,3 6,

142 Υ3 (με βάση τα Π1 Π3) Π Π2 2,3 2,7 1 7,3 7,7 6 6,3 6, Π3

143 Υ3 (με βάση τα Π1 Π3) Π3 Π Π2 2,3 2,7 2,3 7, ,7 6,

144 Υ4 (με βάση τα Π1 Π4) Π3 Π ,3 2,7 2,3 7, ,7 6,7 5 Π Π4

145 Υ4 (με βάση τα Π1 Π4): RMS=0.5 Π3 6 1,9 2 2, Π , ,7 6 4, Π Π4

146 Ανακατασκευή Εικόνας 5 Επαναλήψεις 50 Επαναλήψεις

147 Ανακατασκευή Εικόνας Επαναληπτικές & Υβριδικές Τεχνικές Σήμερα υπάρχουν πολλές και ποικίλες προσεγγίσεις υλοποίησης που συνεχώς εξελίσσονται, ενώ υπάρχουν και υβριδικές προσεγγίσεις με συνδυασμό οπισθοπροβολικών και επαναληπτικών τεχνικών Ουσιαστικά, η διαδικασία της ανασύνθεσης ανάγεται σε ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης: Ο αλγόριθμος προσπαθεί να «ανακαλύψει» την εικόνα που ταιριάζει καλύτερα στα ληφθέντα δεδομένα

148 Επαναληπτικές & Υβριδικές Τεχνικές Οι εικόνες που παράγονται έχουν την ίδια διαγνωστική ποιότητα με τις εικόνες από οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα Έχουν όμως ληφθεί με πρωτόκολλα χαμηλής δόσης (μείωση έως 80%) Συμβατική Ανασύνθεση Επαναληπτική Ανασύνθεση 80% λιγότερη δόση

149 Επαναληπτικές & Υβριδικές Τεχνικές Οι εικόνες που παράγονται έχουν την ίδια διαγνωστική ποιότητα με τις εικόνες από οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα Έχουν όμως ληφθεί με πρωτόκολλα χαμηλής δόσης (μείωση έως 80%) Σημαντικές απαιτήσεις σε υπολογιστική δύναμη Η υλοποίηση κατέστη δυνατή με της νέας γενιάς πολύ-πύρηνους επεξεργαστές που επιτρέπουν ικανοποιητικούς ρυθμούς ανασύνθεσης (100 εικ/δευτ)

150 Επαναληπτική Ανασύνθεση: 0.9 msv

151 Επαναληπτική Ανασύνθεση: 0.25 msv 70 bpm 256 τομές Λήψη σε 2 κύκλους

152 Επαναληπτική Ανασύνθεση: Βελτίωση ποιότητας εικόνας Συμβατική Ανασύνθεση 0.98 msv Eπαναληπτική Ανασύνθεση 0.98 msv

153 Ανασύνθεση & Τεχνητή Νοημοσύνη Xρήση τεχνολογίας βαθιάς εκμάθησης (deep learning) για διαχωρισμό του σήματος από τον θόρυβο με σκοπό τη πλήρη εξάλειψη του θορύβου

154 Επαναληπτική Ανασύνθεση Advanced intelligent Clear IQ Engine Deep convolutional neural network (DCNN) reconstruction technology

155 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση Ζ Η συνεχής κίνηση της εξεταστικής τράπεζας κατά την περιστροφή της λυχνίας οδηγεί στη λήψη ενός «ελικοειδούς» σετ δεδομένων με μη προτιμητέα θέση στον άξονα z: Τομές μπορούν να ανακατασκευαστούν σε οποιαδήποτε θέση z

156 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση.. και με οποιοδήποτε πάχος

157 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση H «τομή» που θέλουμε να ανακατασκευάσουμε δεν περιέχει όλα τα απαραίτητα δεδομένα για την ορθή ανακατασκευή της εικόνας Οι προβολές στην αρχή και στο τέλος της περιστροφής των 360 ο «δειγματίζουν» διαφορετικά δεδομένα

158 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση Αν τα πρωτογενή (raw) δεδομένα που λαμβάνονται κατά την περιστροφή των 360 ο χρησιμοποιηθούν ως έχουν για την ανακατασκευή της εικόνας θα δημιουργηθούν ψευδεικόνες κίνησης

159 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση Αν τα πρωτογενή (raw) δεδομένα που λαμβάνονται κατά την περιστροφή των 360 ο χρησιμοποιηθούν ως έχουν για την ανακατασκευή της εικόνας θα δημιουργηθούν ψευδεικόνες κίνησης Λύση: Παρεμβολή δεδομένων (interpolation) στα πρωτογενή δεδομένα πριν την ανακατασκευή

160 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση Αν τα πρωτογενή (raw) δεδομένα που λαμβάνονται κατά την περιστροφή των 360 ο χρησιμοποιηθούν ως έχουν για την ανακατασκευή της εικόνας θα δημιουργηθούν ψευδεικόνες κίνησης Στόχος: Η απόκτηση ενός πλήρους σετ (360 ο ) δεδομένων για κάθε θέση στον άξονα z

161 Ανακατασκευή Εικόνας στην Ελικοειδή Σάρωση

162 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

163 Οπτικοποίηση στην YΤ H μέχρι τώρα προκύπτουσα εικόνα είναι ένας «χάρτης» των συντελεστών εξασθένησης, μ (x,y), της υπό απεικόνιση τομής

164 Οπτικοποίηση στην YΤ Ο συντελεστής εξασθένησης για κάθε ιστό μεταβάλλεται ανάλογα με την εφαρμοζόμενη διαφορά τάσης στη λυχνία παραγωγής ακτίνων Χ

165 Οπτικοποίηση στην YΤ Για πρακτικούς λόγους (βολικοί αριθμοί και εξάλειψη της εξάρτησης από την ενέργεια της ακτινοβολίας) μετατρέπουμε τον διδιάστατο «χάρτη» των συντελεστών εξασθένησης σε «χάρτη» αριθμών CT, που είναι και η τελική εικόνα Αριθμός CT = 1000 (μ ιστού - μ νερού ) μ νερού Μονάδα μέτρησης : Hounsfield Unit

166 Οπτικοποίηση στην YΤ

167 Η μικρή αυτή διακύμανση δεν επιτρέπει τον χαρακτηρισμό των ιστών ή το διαχωρισμό των παθολογικών δομών Σε αυτή την κλίμακα, το 0 αντιστοιχεί στην εξασθένηση του νερού και το στην εξασθένηση του αέρα (ενώ δεν υπάρχει άνω όριο) Τα HU για τα οστά κυμαίνονται μεταξύ 800 και 1500, ενώ για τους μαλακούς ιστούς από (λίπος: -100) Οπτικοποίηση στην YΤ

168 Οπτικοποίηση στην YΤ Ο χάρτης των αριθμών CT παρουσιάζεται ως μια διδιάστατη εικόνα με τετράγωνη μήτρα (matrix) αποτελούμενη συνήθως από 512x512 εικονοστοιχεία (pixels = picture elements) Η εικόνα αυτή αντιστοιχεί σε μία τομή με πεπερασμένο πάχος. Άρα, το κάθε pixel αντιστοιχεί σε ένα στοιχειώδη όγκο (voxel = volume elements)

169 Οπτικοποίηση στην YΤ Oι διαστάσεις του pixel εξαρτώνται από το μέγεθος της μήτρας ανασύνθεσης και το πεδίο απεικόνισης σε mm (Field of View) Πεδίο απεικόνισης (mm) Μέγεθος pixel (mm) = πεδίο απεικόνισης : μέγεθος μήτρας Μέγεθος μήτρας (# pixels/voxels) Πάχος τομής (mm)

170 Οπτικοποίηση στην YΤ Το μέγεθος του voxel εξαρτάται από τις διαστάσεις του pixel και το πάχος τομής Πεδίο απεικόνισης (mm) Μέγεθος voxel (mm 3 ) = Α διάσταση pixel * Β διάσταση pixel * πάχος τομής Μέγεθος μήτρας (# pixels/voxels) Πάχος τομής (mm)

171 Ισοτροπική διακριτική ικανότητα (isotropic imaging): Tο πλεονέκτημα της ΥΤΠΤ Μη ισοτροπικό Voxel Ισοτροπικό Voxel Δημιουργία στεφανιαίων και οβελιαίων εικόνων με την ίδια διακριτική ικανότητα στους άξονες x, y, z Ακριβής ανακατασκευή εικόνων μετεπεξεργασίας (3D, MIP, MPR)

172 Οπτικοποίηση στην YΤ Κάθε pixel (στο μόνιτορ ή το φιλμ) έχει διαφορετική φωτεινότητα Όσο μεγαλύτερη είναι η εξασθένηση (δηλ. ο αριθμός CT/HU), τόσο πιο ανοικτό (άσπρο) απεικονίζεται (π.χ., οστό) Όσο μικρότερη είναι η εξασθένηση (δηλ. ο αριθμός CT/HU), τόσο πιο σκούρο (μαύρο) απεικονίζεται (π.χ., αέρας)

173 Οπτικοποίηση στην YΤ Το ανθρώπινο μάτι μπορεί να ξεχωρίσει μόνο ένα περιορισμένο αριθμό αποχρώσεων του γκρι (περίπου 60, , 6 bits) Δεν έχει νόημα να αντιστοιχίσουμε την πλήρη κλίμακα των αριθμών CT (περίπου 4000 HU, 12 bits) σε πλήρη κλίμακα αποχρώσεων του γκρι γιατί μικρές διαφορές στον αριθμό CT δεν θα είναι ορατές Συνεπώς, απεικονίζουμε μόνο ένα τμήμα της κλίμακας των αριθμών CT, ενισχύοντας οπτικά μικρές διαφορές στον αριθμό CT

174 Οπτικοποίηση στην YΤ To τμήμα αυτό της κλίμακας το ονομάζουμε παράθυρο (window) To παράθυρο αυτό χαρακτηρίζεται από το εύρος του (width) και το κέντρο/επίπεδό του (level)

175 Οπτικοποίηση στην YΤ Εύρος παραθύρου Kαθορίζει την έκταση διακύμανσης των απεικονιζόμενων αριθμών CT Επηρεάζει την αντίθεση εικόνας Αριθμοί CT μικρότεροι από το κατώτατο όριο απεικονίζονται με μαύρο Αριθμοί CT μεγαλύτεροι από το ανώτατο όριο απεικονίζονται με άσπρο

176 Οπτικοποίηση στην YΤ Κέντρο παραθύρου Kαθορίζει τη θέση του παραθύρου πάνω στην κλίμακα των αριθμών CT και τον κεντρικό αριθμό CT στην απεικονιζόμενη εικόνα Eπηρεάζει τη φωτεινότητα της εικόνας

177 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα (ίδια ληφθέντα δεδομένα, ίδιος αλγόριθμος ανασύνθεσης)

178 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα: Το μικρό εύρος (400) αυξάνει την αντίθεση εικόνας:μαλακοί ιστοί

179 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα: Το μικρό εύρος (400) αυξάνει την αντίθεση εικόνας: μαλακοί ιστοί Το χαμηλό κέντρο (-650) αυξάνει τη φωτεινότητα: παρέγχυμα

180 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα: Το μικρό εύρος (400) αυξάνει την αντίθεση εικόνας: μαλακοί ιστοί Το χαμηλό κέντρο (-650) αυξάνει τη φωτεινότητα: παρέγχυμα Το υψηλό κέντρο (400) μειώνει τη φωτεινότητα: οστά

181 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα (ίδια ληφθέντα δεδομένα, ίδιος αλγόριθμος ανασύνθεσης)

182 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα: Το μικρό εύρος (80) αυξάνει την αντίθεση εικόνας: μαλακοί ιστοί

183 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα: Το μικρό εύρος (80) αυξάνει την αντίθεση εικόνας: μαλακοί ιστοί Το υψηλό κέντρο (480) μειώνει τη φωτεινότητα: οστό

184 Οπτικοποίηση στην YΤ Τρία διαφορετικά παράθυρα για την ίδια εικόνα: Το μικρό εύρος (80) αυξάνει την αντίθεση εικόνας: μαλακοί ιστοί Το υψηλό κέντρο (480) μειώνει τη φωτεινότητα: οστό Το χαμηλό κέντρο (90) αυξάνει τη φωτεινότητα: «υποσκληρίδια»

185 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

186 Ποιότητα Εικόνας YT

187 Ποιότητα Εικόνας YT: Xωρική Διακριτική Ικανότητα (spatial resolution) H ικανότητα του συστήματος να διακρίνει σαν διαφορετικές μικρές δομές υψηλής πυκνότητας που βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους Με άλλα λόγια, εκφράζει το μέγεθος του μικρότερου αντικειμένου (ή δομής) υψηλής αντίθεσης (υψηλής πυκνότητας), το οποίο είναι δυνατόν να απεικονισθεί

188 Ποιότητα Εικόνας YT: Xωρική Διακριτική Ικανότητα (spatial resolution)

189 Ποιότητα Εικόνας YT: Xωρική Διακριτική Ικανότητα (spatial resolution) Στην πράξη ορίζεται ως η ελαχίστη απόσταση μεταξύ δύο παρακείμενων αντικειμένων που μπορούν να διακριθούν σαν διαφορετικά Στο εικονιζόμενο ομοίωμα, τα δύο υλικά υψηλής αντίθεσης είναι Plexiglas (120 HU) και νερό (0 ΗU)

190 Ποιότητα Εικόνας YT: Aντίθεση (low contrast resolution) Η αντίθεση (διακριτική ικανότητα χαμηλής αντίθεσης) εκφράζει την ικανότητα του συστήματος να διακρίνει μεταξύ δύο δομών που έχουν μικρή διαφορά στον αριθμό CT (ιδιότητες εξασθένησης) μεταξύ τους

191 Ποιότητα Εικόνας YT: Aντίθεση (low contrast resolution) Η αντίθεση (διακριτική ικανότητα χαμηλής αντίθεσης) εκφράζει την ικανότητα του συστήματος να διακρίνει μεταξύ δύο δομών που έχουν μικρή διαφορά στον αριθμό CT (ιδιότητες εξασθένησης) μεταξύ τους

192 Ποιότητα Εικόνας YT: Aντίθεση (low contrast resolution) Στην πράξη ορίζεται σαν το ελάχιστο μέγεθος ενός αντικειμένου που είναι διακριτό σε σχέση με το υπόβαθρο της εικόνας Στο εικονιζόμενο ομοίωμα μετράται η διάμετρος της μικρότερης οπής που μπορεί να διακριθεί για συγκεκριμένες συνθήκες αντίθεσης (π.χ. 0.3%) & έκθεσης (δόσης)

193 Ποιότητα Εικόνας YT: Aσάφεια Η αδυναμία της μεθόδου να απεικονίσει αυστηρά το περίγραμμα ή τα όρια του αντικειμένου. Οφείλεται σε: Κίνηση του αντικειμένου κατά την απεικόνιση Μέγεθος της εστίας ανόδου Μέθοδος ανακατασκευής της εικόνας (παραδοχές) Μη ικανοποιητική δειγματοληψία

194 Ποιότητα Εικόνας YT: Aσάφεια Mε ασάφεια Χωρίς ασάφεια

195 Ποιότητα Εικόνας YT: Θόρυβος Οι λεπτομέρειες των δομών προς απεικόνιση επηρεάζονται αρνητικά από τα επίπεδα θορύβου στην εικόνα

196 Ποιότητα Εικόνας YT: Θόρυβος Ο θόρυβος προσδίδει «κοκκώδη» υφή στην εικόνα, ενώ τα επίπεδα θορύβου επηρεάζονται σημαντικά από το επιλεχθέν φίλτρο (στην οπισθοπροβολή μετά από φιλτράρισμα) Principles of CT: Radiation Dose and Image Quality, J Nucl Med Technology, 2007 (35)

197 Κύριο είδος: Ποιότητα Εικόνας YT: Θόρυβος Κβαντικός θόρυβος: Oφείλεται στον στατιστικό (τυχαίο) χαρακτήρα της εκπομπής των φωτονίων από τη λυχνία

198 Κύριο είδος: Ποιότητα Εικόνας YT: Θόρυβος Κβαντικός θόρυβος: Oφείλεται στον στατιστικό (τυχαίο) χαρακτήρα της εκπομπής των φωτονίων από τη λυχνία Άλλα είδη: Θόρυβος λόγω σκεδαζόμενης ακτινοβολίας Θόρυβος ανιχνευτικού συστήματος (ηλεκτρονικός) Δομικός θόρυβος (π.χ., επιπροβολή δομών / φαινόμενο μερικού όγκου)

199 Ποιότητα Εικόνας YT: Θόρυβος Αριθμοί CT μιας περιοχής νερού (HU = 0) O θόρυβος επιφέρει μια εύλογη αβεβαιότητα στις μετρούμενες τιμές του αριθμού CT

200 Ποιότητα Εικόνας YT: Ψευδοδομές (artifacts) Παραμορφώσεις ή απεικονιζόμενες δομές που εμφανίζονται στην εικόνα χωρίς να αντιστοιχούν σε πραγματικές (ανατομικές) δομές

201 Ποιότητα Εικόνας YT: Ψευδοδομές (artifacts) Οφείλονται σε διάφορους παράγοντες: Την σκλήρυνση της δέσμης των ακτίνων Χ (beam hardening): Σημαντική απορρόφηση φωτονίων χαμηλής ενέργειας κατά τη διέλευσή τους μέσα από το σώμα, με αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης ενέργειας της δέσμης

202 Ποιότητα Εικόνας YT: Ψευδοδομές (artifacts) Οφείλονται σε διάφορους παράγοντες: Τεχνικό πρόβλημα του συστήματος (π.χ. αστάθεια ή μη σωστή βαθμονόμηση των ανιχνευτών)

203 Ποιότητα Εικόνας YT: Ψευδοδομές (artifacts) Οφείλονται σε διάφορους παράγοντες: Κίνηση της ανατομικής περιοχής ενδιαφέροντος κατά την έκθεση

204 Ποιότητα Εικόνας YT: Ψευδοδομές (artifacts) Οφείλονται σε διάφορους παράγοντες: Ανεπαρκής δειγματοληψία (π.χ. ψευδεικόνα «ανεμόμυλλου»

205 Ποιότητα Εικόνας YT: Ψευδοδομές (artifacts) Οφείλονται σε διάφορους παράγοντες: Σφάλμα του αλγόριθμου ανακατασκευής της εικόνας (π.χ. σφάλμα «κωνικής δέσμης» με τον αλγόριθμο οπισθοπροβολής μετά από φιλτράρισμα σε σύστημα πολλών τομών ή/και σε έκκεντρη ακτινοβόληση)

206 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

207 Θέματα Δόσης στην ΥΤ Η δόση (απορροφούμενη / ισοδύναμη) που λαμβάνει ο εξεταζόμενος από μία ΥΤ είναι μεγαλύτερη σε σχέση με την αντίστοιχη κλασσική ακτινογραφία Επομένως, και η συνολική ακτινική επιβάρυνση, ως ενεργή δόση, είναι σχετικά μεγάλη στην ΥΤ

208 Θέματα Δόσης στην ΥΤ Συγκριτική επιβάρυνση σε τιμές ενεργής δόσης (msv) μεταξύ υπολογιστικής τομογραφίας και συμβατικής ακτινογραφίας Εξέταση Δόση CT Ενεργός δόση (msv) Δόση ακτινογραφίας Ενεργός δόση (msv) Θώρακας 7,8 0,05 OMΣΣ 3,6 2,15 Κρανίο 1,8 0,15 Κοιλία 7,6 1,39 Λεκάνη 7,1 1,22

209 Παράγοντες που επηρεάζουν τη δόση στην ΥΤ Ρεύμα λυχνίας (tube current: ma) Χρόνος περιστροφής (rotation time: s) Ενεργειακό φάσμα δέσμης (beam energy kvp) Άνοιγμα κατευθυντήρα (συνολικό ονομαστικό πάχος) Προώθηση τράπεζας pitch mas Συστήματα ελέγχου της δόσης: Αυτόματη επιλογή του ρεύματος (AEC, ΑCS), διαμόρφωση του ρεύματος (current modulation) Φίλτρα (filtration) Γεωμετρική απόδοση και υπερέκθεση (overbeaming) Απόδοση απορρόφησης ή ενδογενής ευαισθησία ανιχνευτών Υπερσάρωση (overscanning) Μέγεθος και ανατομία ασθενή

210 Εκτιμώμενος κίνδυνος λόγω ακτινικής έκθεσης από ΥΤ Ο εξατομικευμένος κίνδυνος δεν είναι μεγάλος Η αυξανόμενη έκθεση του πληθυσμού σε ακτινοβολία λόγω της ΥΤ μπορεί να αποτελέσει στο μέλλον παράγοντα κινδύνου της δημόσιας υγείας Brenner DJ and Hall EJ, CT-An increasing source of radiation exposure. N Engl J Med 2007, 357, Εκτιμάται ότι % των περιστατικών καρκίνου (USA) μπορεί να οφείλονται στην ακτινοβολία την προερχόμενη από ΥΤ

211 Εκτιμώμενος κίνδυνος λόγω ακτινικής έκθεσης από ΥΤ Εκτιμήσεις κινδύνου βασισμένες στο LNT μοντέλο και σε προβολικά δεδομένα από επιζήσαντες της Α-βόμβας δεν μπορεί να θεωρούνται αξιόπιστες (ιδιαίτερα για παιδιά) Χρειάζεται προσαρμογή για τις λοιπές εκθέσεις-βλάβες που σχετίζονται με τον πόλεμο, καθώς και για διαφοροποιήσεις στη γενετική ευαισθησία όσον αφορά στην πιθανότητα καρκινογένεσης Scott BR et al. CT scans may reduce rather than increase the risk of cancer J Am Physic Surg, 13, 8-11, 2008 Oι μηχανισμοί προστασίας που ενεργοποιούνται με την έκθεση σε μικρές δόσεις - Όρμιση - πρέπει να λαμβάνονται υπόψη (επιλεκτική απόπτωση προκαρκινικών κυττάρων & προκληθείσα ανοσία)

212 Γιατί μας απασχολεί τόσο πολύ η ακτινική επιβάρυνση από εξετάσεις ΥΤ; Η δόση σε συγκεκριμένα όργανα από συγκεκριμένες (λίγες) εξετάσεις ΥΤ πλησιάζει και ενίοτε υπερβαίνει τα επίπεδα δόσης που επιστημονικά έχει τεκμηριωθεί από επιδημιολογικές μελέτες ότι προκαλούν αύξηση της πιθανότητας για καρκινογένεση Οι ασθενείς που υποβάλλονται σε ΥΤ αυξάνονται με γεωμετρική πρόοδο Η σχετική συνεισφορά από ιατρικές εκθέσεις στη συνολική ακτινική επιβάρυνση του πληθυσμού αυξάνει συνεχώς Η σχετική συνεισφορά της ΥΤ στη συνολική ακτινική επιβάρυνση αλλά και στην προερχόμενη από ιατρικές εφαρμογές αυξάνει συνεχώς

213 Γιατί μας απασχολεί τόσο πολύ η ακτινική επιβάρυνση από εξετάσεις ΥΤ; 1980s S= person-sv Eus=3.6 msv Πηγή: NCRP Report 160, 2009 Κατανομή της αθροιστικής δόσης (S) στο σύνολο του πληθυσμού των ΗΠΑ ή, ισοδύναμα, κατανομή της μέσης ενεργούς δόσης (Eus) ανά κάτοικο των ΗΠΑ 2006 S= person-sv Eus=6.2 msv

214 Γιατί μας απασχολεί τόσο πολύ η ακτινική επιβάρυνση από εξετάσεις ΥΤ; 1980s Πηγή: NCRP Report 160, Κατανομή της αθροιστικής δόσης (S) στο σύνολο του πληθυσμού των ΗΠΑ ή, ισοδύναμα, κατανομή της μέσης ενεργούς δόσης (Eus) ανά κάτοικο των ΗΠΑ

215 Γιατί μας απασχολεί τόσο πολύ η ακτινική επιβάρυνση από εξετάσεις ΥΤ; 1980s Πηγή: NCRP Report 160, Κατανομή της αθροιστικής δόσης (S) στο σύνολο του πληθυσμού των ΗΠΑ ή, ισοδύναμα, κατανομή της μέσης ενεργούς δόσης (Eus) ανά κάτοικο των ΗΠΑ

216 Γιατί αυξήθηκε η συχνότητα χρήσης ΥΤ; >>> Συστήματα <<< Χρόνος εξέτασης Διάρκεια ( min) Εξέταση ΑΤ 1990s Σήμερα Θώρακα 3-5 0,05-0,2 Κορμού ,1-0,5 Nέες εφαρμογές (π.χ., Αξονική Στεφανιογραφία, Εικονική Κολονοσκόπηση, Ολόσωμη Αγγειογραφία, Μελέτες αιμάτωσης) CT ακτινοσκόπηση Τεχνική για τη σε σχεδόν πραγματικό χρόνο απεικονιστική καθοδήγηση ελάχιστα επεμβατικών πράξεων, όπως βιοψίες, παρακεντήσεις και εγχύσεις διαγνωστικών ή θεραπευτικών παραγόντων Χρησιμοποιείται ευρέως για τη βελτιστοποιημένη έναρξη της σάρωσης σε αγγειογραφικές μελέτες αφού επιτρέπει την σε πραγματικό χρόνο παρακολούθηση της έλευσης του σκιαγραφικού μέσου στο αγγείο ενδιαφέροντος

217 Στην Ελλάδα; Συνολική μέση ετήσια ενεργή δόση: 4.5 msv (2.7 msv ραδιενέργεια περιβάλλοντος) ΠΡΙΣΜΑ (ΕΕΑΕ): Ολιστική εκτίμηση της ακτινικής επιβάρυνσης του πληθυσμού

218 Στην Ελλάδα; Mέση ετήσια δόση: 4.5 msv ΠΡΙΣΜΑ (ΕΕΑΕ): Ολιστική εκτίμηση της ακτινικής επιβάρυνσης του πληθυσμού

219 Στην Ελλάδα; Σύνολο: 1.8 msv ΠΡΙΣΜΑ (ΕΕΑΕ): Ολιστική εκτίμηση της ακτινικής επιβάρυνσης του πληθυσμού

220 Στην Ελλάδα;

221 Στην Ελλάδα; Your claim that the country has no official guidelines governing the use of CT scans is not correct CT scanners in Greece have been regularly monitored under strict guidelines since 2001 Diagnostic and therapeutic protocols in radiology were implemented in 2011 You remark on the high number of computed tomography (CT) scans used in Greece, but only risk benefit analysis and cost-effectiveness studies will indicate whether this is a good or a bad thing Nature Nov 28;503(7477):469. doi: /503469d Greece's high CT scanning record Seimenis I, Argentos S, Efstathopoulos S.

222 Στην Ελλάδα; Υπερσυνταγογράφηση ΥΤ λόγω του αναλογικά υψηλού αριθμού ιατρών της μη ύπαρξης (ως το 2012) ηλεκτρονικού συστήματος συνταγογράφησης υποκοστολόγησης ή μη κοστολόγησης εξετάσεων ΥΤ Nature Nov 28;503(7477):469. doi: /503469d Greece's high CT scanning record Seimenis I, Argentos S, Efstathopoulos S.

223 Υπολογιστική Τομογραφία (ΥΤ) Iστορική αναδρομή Βασικές αρχές ΥΤ Συστήματα ΥΤ Είδη σάρωσης Κύρια υλικά και λογισμικά μέρη Λήψη δεδομένων Ανακατασκευή εικόνας Οπτικοποίηση στην ΥΤ Ποιότητα εικόνας ΥΤ Θέματα δόσης στην ΥΤ Τρέχουσες εξελίξεις

224 1972 Σήμερα: 47 χρόνια εξέλιξης της ΥT Ωρίμανση της ΥΤ Ωρίμανση της ΕΥΤ Ωρίμανση της ΥΤΠΤ Συνδυασμός ογκομετρικής απεικόνισης, υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας και ταχύτητας Φασματική Απεικόνιση ΥΤ Εγκεφάλου Ολόσωμη ΥΤ Αγγειογραφία 3D Απεικόνιση ος ΥΤ1 ος ολόσωμος ΕΥΤ ΥΤΠΤ ΑΤΠΤ ΥΤΠΤ ΥΤ 2-τομές 4-τομές 16-τομές 4 ης γενιάς ΥΤ Καρδίας 2004 ΥΤΠΤ 2006 ΥΤΠΤ 64-τομές 1 ης γενιάς 2-λυχνίες ΥΤΠΤ τομές ΥΤΠΤ 2 ης γενιάς 2-λυχνίες ΥT 2- Ενεργειών τομές ΥΤ φασματικής Απεικόνισης 2015

225 ΥT Μίας Τομής (1980) Διαδοχική, Απλή Σάρωση: 27 Περιστροφές 360 Θέση τομής 0 Z-θέση

226 ΥΤ Μίας Τομής (1992) Ελικοειδής Σάρωση: 26 Περιστροφές 360 Θέση τομής 0 Z-θέση

227 ΥΤ Πολλαπλών Τομών (1998) Ελικοειδής Σάρωση, 4 Τομές: 6 Περιστροφές 360 Θέση τομής 0 Z-θέση

228 Σήμερα: 1 Περιστροφή 360 Θέση τομής 0 Z-θέση

229 Υπολογιστική Τομογραφία σήμερα & αύριο Ποιες είναι οι τρέχουσες τεχνολογικές & κλινικές εξελίξεις ; Διπλοενεργειακή & Πολυενεργειακή Απεικόνιση

230 Διπλοενεργειακή YT Αποτελεί μια σχετικά πρόσφατη εξέλιξη στα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα YT Η ιδέα είχε ήδη διατυπωθεί από τον Housfield το 1973 Ο γραμμικός συντελεστής εξασθένησης εξαρτάται από την ενέργεια των φωτονίων και το υλικό/ιστό που αυτά διαπερνούν (συνάρτηση του ενεργού ατομικού αριθμού, Ζ εν, και της πυκνότητας, ρ)

231 Διπλοενεργειακή YT Αποτελεί μια σχετικά πρόσφατη εξέλιξη στα εμπορικά διαθέσιμα συστήματα YT Η ιδέα είχε ήδη διατυπωθεί από τον Housfield το 1973 Ο γραμμικός συντελεστής εξασθένησης εξαρτάται από την ενέργεια των φωτονίων και το υλικό/ιστό που αυτά διαπερνούν (συνάρτηση του ενεργού ατομικού αριθμού, Ζ εν, και της πυκνότητας, ρ) Αν σαρώσουμε ένα αντικείμενο με δύο διαφορετικά ενεργειακά φάσματα (π.χ. 80 και 140 kvp) μπορούμε να διαχωρίσουμε απεικονιστικά δύο υλικά με επαρκώς διαφορετικά φάσματα απορρόφησης ανασυνθέτοντας δύο διαφορετικές εικόνες (π.χ., νερό και ιώδιο)

232 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συμβατική εικόνα Αγγειογραφία κοιλιακής χώρας με 70 sec καθυστέρηση μετά την έγχυση ιωδιούχου σκιαγραφικού μέσου

233 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Eικόνα Iωδίου Οι τιμές pixel αντιπροσωπεύουν τη συγκέντρωση ιωδίου (mg/cc) στους απεικονιζόμενους ιστούς ή όργανα

234 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Eικόνα Νερού Οι τιμές pixel αντιπροσωπεύουν τη συγκέντρωση νερού (mg/cc) στους απεικονιζόμενους ιστούς ή όργανα

235 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Eικόνα Ενεργού Ατομικού Αριθμού Οι τιμές pixel αντιπροσωπεύουν τον ενεργό ατομικό αριθμό απεικονιζόμενων ιστών ή οργάνων των

236 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συνθετική μονοενεργειακή εικόνα: 45 kev

237 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συνθετική μονοενεργειακή εικόνα: 55 kev

238 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συνθετική μονοενεργειακή εικόνα: 75 kev

239 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συνθετική μονοενεργειακή εικόνα: 85 kev

240 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συνθετική μονοενεργειακή εικόνα: 115 kev

241 Διπλοενεργειακή YT: Διαφορετικές εικόνες, διαφορετική πληροφορία Συνθετική μονοενεργειακή εικόνα: 125 kev

242 Συμπεράσματα Η ΥΤ συνεχίζει την εξελικτική της διαδρομή μέσα από τη συντέλεση νέων τεχνολογικών επιτευγμάτων και σε ανταπόκριση των συνεχώς αυξανόμενων κλινικών απαιτήσεων

243 Συμπεράσματα

244 Συμπεράσματα