BİLGİSAYARLI TOMOGRAFİ FİZİĞİ

Dr. Kayıhan Akın

1 Radyolojik Görüntüleme Fiziği1 Radyolojik Görüntüleme Fiziği Konu: Bilgisayarlı Tomografi Fiziği (6 saat)2 Radyolojik Görüntüleme Yöntemleri 2 Radyolojik Görüntüleme Yöntemleri a) Konu: Floroskopik teknikler ile indirekt radyografilerde (özefagus, mide, duodenum, ince barsak vs.) çekim teknikleri ve uygulama (3 saat) b)Konu: Film kalitesi (doz, pozisyon) (3 saat) 3 Kontrastlı Radyoloji 3 Kontrastlı Radyoloji Konu: Myelografi, özefagus, mide, duodenum, ince barsak ve kolonun kontrastlı incelemesi (3 saat)4 Radyografi ve Banyo Teknikleri4 Radyografi ve Banyo Teknikleri Konu: Servikal, torakal, lomber vertebra, sakrum ve koksiks radyografisi (6 saat)

Tanım:Tomografi vücuttan kesit şeklinde görüntü almaktır. 1963 yılında üzerinde çalışılmaya başlanmış, 1967'de ilk klinik çalışmalar yapılmıştır. Bilgisayarlı tomografide kesitsel görüntü bilgisayar yardımı ile elde edilir. Bilgisayarlı tomografide görüntü elde etmek için X ışınını kullanılır. X ışını kolimasyon adıverilen yöntemle ince bir demet haline getirilir. Daha sonra hastadan geçirilen X ışınları diğer uçta bir dedektör zincirine ulaştırılır. X ışını hasta vücudundan geçerken absorbsiyon nedeniyle başlangıcına göre daha zayıflamış durumdadır. Dedektörlerde saptanan bu zayıflama derecesi bilgisayarlarca değerlendirilir.X ışını yüksek mAs ve kV değerlerinde devamlı yada kesintili tarzda üretilir. Konvansiyonel spiral BT ve MDBT de X ışını üretimisüreklidir. BT tüplerinde genellikle birden fazla fokal spot bulunur. Küçük fokalspot kullanımı detay artırıcı etkiye sahiptir. BT tüplerinde konvansiyonel radyografi tüplerinden daha büyük filament kullanılır. X ışını kolimatörleri 2 yerde bulunmaktadır. Biri X ışını tüpü içinde olup çekimde kullanılacak kesit kalınlığının ayarlanmasında kullanılır. Hasta sonrası kolimatörler ise dedektörlerin üzerine yerleştirilmiş olup ışının dedektöre ayarlanan genişlikte ulaşmasını sağlarken , hastadan saçılan fotonları engeller.

Bt aygıtının bölümleri: 3 ana üniteden oluşur.Tarayıcı: hasta masası ve gantriden oluşur. Gantri içerisinde tüp ve dedektör sistemi bulunur. Bt de kesitsel görüntünün oluşturulması için tüpten çikan X ışınları kolime edilerek yelpaze şeklinde bir demete dönüştürülür.Dedektör: Hastayı geçen X ışınlarının yolu üzerine yerleştirilirler. Dedektörler Xenon gazı içerirler. Dedektörlere ulaşan X ışınları Xenon gaz atomlarında iyonizasyona yol açar.

BT nin gelişim evreleri:1. jenerasyon:Tek dedektör vardı. X ışınları da bu tek dedektörü görecek şekilde ince bir çubuk şeklinde ayarlanmıştı. Tüp ve dedektör hasta çevresinde 180 derece dönerek çalışıyordu.

2. jenerasyon:Işın demeti ve dedektör sayısı artırıldı. 1 er derece farkla dizilmiş 3 X ışını demeti ve bunları gören 3 dedektör vardı. İnceleme süresi önemli ölçüde azaldı.

3. Jenerasyon:Kolime edilmiş X ışını demeti yelpaze şeklinde olup karşısında 300-600 tane dedektör vardı. Bu jenerasyona kadar sadece beyin bt yapılırken bu jenerasyon ile diğer çekimlerde yapılmaya başlandı. Bu jenerasyon ile dönüş açısı da 360 dereceye çıktı.

4. Jenerasyon: Rotate-stationary sistemi kullanılıyor.Gantri boşluğunu 360 derece çevreleyen çok sayıda dedektör vardır. Dedektörler sabit olup hasta çevresinde sadece X ışını tüpü döner.Helikal BT adı verilen ve tüp hareketi ve tüpün enerjisinin bir ray sistemi ile sağlandığı slip-ring sistemler 3. ve 4. jenerasyonda kullanılmaktadır.Sürekli X ışını üretebilen tüplerin kullanılması ve hasta masasının sürekli hareketi ile hastadan alınn kesitler hacim incelemesi şeklinde olmaktadır

5. Jenerasyon: Ultrafast Bt olarak da adlandırılır.Tüp ve dedektör hareketi ortadan kaldırılmıştır. Gantri boşluğu anot halkası ile çevrelenmiştir. Dönüş hareketi yapan X ışını tüpü ve gantri yerine güçlü 4 Tungsten hedef anodlu elektron ışınına bırakmıştır. Elektron demeti sistem içerisinde hızlandırılarak koiller yardımıyla hasta etrafında dönen tungsten anod üzerine düşürülmektedir. Anoddan yelpaze şeklinde X ışını elde edilmektedir.

Bilgisayar:Tarayıcıdan gelen bilgiler burada birçok matematiksel işlemden geçirilir. Sonuçlar tarama alanını temsil edecek sayılardan oluşmuş haritaya dönüştürülür. Bu işlem rekonstrüksiyondur. Oluşan haritada cihazdan cihaza değişen sayıda rakamsal bileşen vardır. 256x256, 512x512 yada 1024x1024 olarak ifade edilir.

BT de her bir vokselde hesaplanan X ışını zayıflatma değerini standart bir değer ile belirtmek amacıyla Hounsfield skalası olarak adlandırılan bir referans sistemi kullanılmaktadır. Bu skalada X ışını atenüasyon değeri -1000 ve 1000 arasındadır (yani 2000 birim içerisinde ) Buna göre su atenüasyon değeri 0 hava için – 1000

kemik için 1000 olarak kabul edilmiştir. Yağ dokusu - 60 ile -200 arasında, diğer yumuşak dokular 30-100 arasında değerler

alır. Bilgisayarda elde edilen bu sayısal harita görsel olarak bir anlam ifade etmez. Bu verilerin görüntü olarak tekrar değerlendirilmesi gerekir.

Pencere genişliği: Monitörde incelenecek yapının, diğer yapılardan optimum ayrıma amacıyla gri ton başına düşen doku yoğunluğunun sayısının değiştirilmesine yönelik elektronik bir ayardır. Monitör ve herbir BT kesidinde 1000 ile –1000 arasındaki değişen gri skalada seçilen dansite aralığının üst ve alt sınırını işaret eder. Pencere genişliği daraltıldıkça gri ton başına düşen absorbsiyon farklılığı yani doku sayısı azalmakta ve görüntülerde yüksek kontrast sağlamaktadır. Ancak dar pencere seçimi pencere alanı dışında kalan oluşumların yetersiz değerlendirilmesi yada gözden kaçırılması açısından tehlikelidir. Geniş pencere genişliği seçildiğinde gri ton başına düşen doku sayısı artacağından inceleme alanı oldukça homojen görünecektir. Buna bağlı olarak küçük dansite değişikliklerinin saptanması zorlaşacak dolayısıyla kontrast rezolüsyon azalacaktır

Görüntüleme Ünitesi:Sayısal haritanın görsel ürüne dönüştürüldüğü bölümdür. Burada harita elemanlarının her birine sahip oldukları rakamsal değerlere bakılarak gri tonlardan bir kod verilir. Bu tonlama ile siyahtan beyaza kadar değişen noktacıklar içeren bir resim oluşur. İşte resmin bu en küçük elemanı olan bu noktacıklara piksel, resimdeki piksel sayısını belirten, noktacıkların ve çizgilerin bileşiminden oluşan örgüye de matriks denir.(256x256, 520x520 gibi)Piksel (picture element) resim elemanı demektir. Pikseller seçilen kesit kalınlığına bağlı olarak voksel denen bir hacime sahiptir ve voksel organizmayı geçen X ışınının atenüasyonunu gösteren sayısal bir değer taşır. Bilgisayarda izlediğimiz görüntü kodlama kriterleri değiştirilerek (windowing=pencereleme) görüntü kolayca değiştirilebilir. Pencerelemeden amaç siyahtan beyaza kadar yaklaşık 20 tonu ayırt edilebilen normal insan gözünün Hounsfield skalasındaki -1000,+1000 aralığında istediği oluşumları seçebilmesini sağlamaktır. Sistem X ışını zayıflatma değeri en yüksek piksellere beyaz rengi kodlar, azalan değerleri giderek daha koyu gri tonlarla renklendirir ve en düşük değerleri siyaha boyar. Pencerelemede birisi pencere genişliği (window widht) diğeri pencere seviyesi (window level) olmak üzere ayarlanabilen 2 parametre vardır.

Pencereleme genişliği bizim görmek istediğimiz oluşumların HU değerlerini içine alıp ilgilenmediklerimizi dışarıda bırakacak şekilde seçilen bir HU skalası bandıdır. Bu durumda sadece seçtğimiz bant içerisinde kalan HU değerleri gri bir renk tonu alırken bandın dışında kalan HU değerleri ya beyaz yada siyah renk ile boyanırlar.Pencere seviyesi ise seçtğimiz pencere genişliğinin orta noktasıdır.

BT görüntüsü ve görüntü üzerindeki işlemler:BT ile vücuttaki dansite farklılikları ortaya koyarken rezolüsyon kavramı kullanılmaktadır.İki noktayı ayırt edebilme yeteneğidir. 3 tip rez vardır. Boyutsal(geometrik-uzamsal)Kontrast(dansite-yoğunluk)Zamansal(temporal)Zamansal rezolüsyon BT ile ilgili olmadığından diğerlerinden bahsediyoruz.

BTde görüntü karakteristikleri:Bt görüntüleri piksel adıverilen resim elemanlarının oluşturduğu bir matriksden ibarettir. Boyutsal(geometrik-uzamsal) rezolüsyon:Birbirine komşu iki en küçük yapının ayırtedilebilme gücüdür.Piksel boyutlarının küçültülmesi görüntüde daha çok nokta olmasını sağlayacak,diğer taraftan voksel boyutlarının küçülmesianlamına da geleceğinden boyutsal rez. artacaktır. Bunu sağlamak için tüpün fokal spotu, kesit kalınlığı ve FOV azaltılır. Ancak bu işlemler noise(gürültü,parazit) denen diğer bir faktörü ortaya çıkarmaktadır. Voksel boyutlarının küçültülmesi halinde X ışını dozu sabit kalıyorsa dedektörde voksel başına daha az X ışını fotonu saptayacağından bilgisayara ulaşan veri miktarı azalacaktır. Bu da voksel bilgisinin doğruluğunu azaltır. Voksel bilgisinin doğru ölçülememesi de noise artışı anlamına gelir. 

Kontrast rezolüsyon:Birbirinden farklı X ışını zayıflatması gösteren dokuları ayırt etme yeteneğidir. Noise artışı voksel HU cinsinden değerlerinde belirsizlik oluştururken birbirine komşu piksellerin renk değerlerine yansımaktadır. Bu nedenle noise seviyesinin artması görüntünün kaba ve grenli olmasına yol açar. Yani kontrast rezolüsyon azalır. Kontrast rezolüsyonu artırmak için noise azaltılmalıdır. Noise ise X ışını foton sayısı yani X ışını dozu yükseltilerek yada kesit kalınlığı artırılarak azaltılabilir. Birlikte boyutsal rezolüsyon artırılması da isteniyorsa kesit kalınlığı düşük tutulurken X ışını dozu yükseltilmelidir. BT cihazlarında birçok parametre üreticiler tarafından değiştirilemeyecek şekilde ayarlanmıştır. kV sabit tutulmaktadır. X ışını dozu mAs da yapılacak ayarlamalarla değiştirilebilir. FOV'un küçültülmesi genellikle fokal spotun küçültülmesi ile mümkündür. Bu iki faktörün birlikte kullanması boyutsal rezolüsyonu artırır. Ancak küçük fokal spot X ışını dozunu sınırlayan bir faktördür. Bu nedenle büyük FOV kulanılan abdomen, toraks gibi bölgelerde kontrast rezolüsyonu sınırlandırıcı etkisinden dolayı küçük fokal spot kullanılamaz.

Bt de filtreler görüntülerin optimizaszsyonu için kullanılan noise önleyen görüntü nertliğini ve kenar keskinliğini düzenleryen mekanizmalardır. 1. Soft filtreler: kontrast rezolüsyonunu artırmak için kullanılır.2. Sharp filtreler: Geomertrik rezolüsyonunu artırmak için kullanılır.

Yüksek rezolüsyonlu BT:Yüksek matriks, ince X ışını kolimasxyonu, küçük görüntüleme alanı, yüksek geomertrik rezolüsyonlu rekonstrüksiyon ile günümüzde akciğer parankimal hastalıklarının teşhisi amacıyla kullanılır. Sharp filtrelerin kullanılması noise oranını da artıracağından bunu azaltmak için doz faktörlerinden kV ve mA değerleri artırılır..