Dosbesparande tekniker

1

2014-10-16, Datortomografi av barn

Patrik Nowik Leg. Sjukhusfysiker

Sjukhusfysik, Röntgen Solna

Agenda - Dosbesparande tekniker

• Patientdoser - trender

• Datortomografens anatomi

• Översiktsbilden

• Scanlängd

• Kollimering av z-overscanning

• Hög pitch undersökningar

• Iterativa rekonstruktioner

• Undersökningar med kVp utanför intervallet 80-140

• Dosmodulering

• Rörströmsmodulering • Rörspänningsmodulering

9 October 2014 2

@tishtashtoodles

Patientdoser - trender

• 70-talet Endast DT skalle

• 80-talet DT av olika kroppsdelar

• 90-talet DT med spiralteknik

• 00-talet Doser uppmärksammas, dosmodulering införs

• 10-talet ??Mål: Rutinmässig DT med doser under 1mSv??

• Skulle kräva dosreduktioner med cirka 80%

9 October 2014 3

1970-1970 1980-1990 1991-1996 1997-2007

1.3 4.4 8.8 7.4

Genomsnittlig effektiv dos per undersökning [mSv] UNSCEAR 2008

Datortomografens anatomi

9 October 2014 4

X/Y- plane Z - plane

X

Z

Y

Datortomografens anatomi

9 October 2014 5

Röntgenrör

Gantry

Insamlingsyta

Kollimatorer

Detektorer

Shaped filter (Bowtie filter)

Fixt kollimator

Justerbar kollimator

Isocenter

Justerbar kollimator

Fixt kollimator

9 October 2014 6

• En mer uniform intensitet till detektorerna • Ytdos reduktion (up to 50%) • Reduktion av spridd strålning (noise,artefacts) • Finns i olika utformningar för att passa olika patienter

Shaped filter (Bow-tie filter)

9 October 2014 7

Siemens Defintion Flash • Protokollbundet • Rör A: Wide, Standard, Narrow • Rör B: Wide, Narrow, Sn • Single Source:

• Narrow: Pediatric body, Cardiac Flash (Except Flash) • Standard: Adult Body • Wide: Head (Pediatric and adult)

•Dual Source: • Obese Body, Standard(A)+Wide(B) • Flash Trauma, Standard(A)+Wide(B) • Dual Energy Sn 140kV (B)

Använd korrekt format filter för avbildade objektets storlek!

GE VCT / 750HD • SFOV bundet

SFOV Patient Size Bowtie

Ped Head <15cm Small

Ped Body <15 cm Small

Small Head <15 cm Small

Head 10 - 25 cm Medium

Small Body 20 - 32 cm Small

Medium Body 25 - 35 cm Medium

Large Body 35 - 50 cm Large

Shaped filter

Översiktsbilden

9 October 2014 8

Känsligare organ frontalt

Bättre att ta översiktsbilden

underifrån

Glöm inte att analysera konsekvenserna (AEC) innan denna parameter ändras på DT!!!

Översiktsbilden

9 October 2014 9

Elliptiskt kroppsfantom GE Discovery 750HD

Scanlängd

9 October 2014 10

Relativ DLP (%)

100% 200%

Relativ DLP (%)

9 October 2014 11

CAT – Computerized Axial Tomography

Axial / Spiral

9 October 2014 12

Axial Spiral

Definierad undersökningslängd

Definierad undersökningslängd

Extra bidrag till DLP

Extra bidrag till DLP

9 October 2014 13

Låg pitch spiral Hög pitch spiral

Spiral

9 October 2014 14

Kollimering av z-overscanning

Scan range

Konventionell teknik utan Dose Shield

Scan range

Definition Flash med Dose Shield

Hög pitch undersökningar

9 October 2014 15

Endast hos Siemens: - Flash - Turbo-Flash

High-Pitch Spiral Computed Tomography: Effect on Image Quality and Radiation Dose in Pediatric Chest Computed Tomography

Lell, Michael M. MD*†; May, Matthias MD*; Deak, Paul PhD‡; Alibek, Sedat MD*; Kuefner, Michael MD*; Kuettner, Axel MD*; Köhler, Henrik MD§; Achenbach, Stephan MD¶; Uder, Michael MD*; Radkow, Tanja MD*

Conclusion: High-pitch chest CT is a robust method to provide highest image quality making sedation or controlled ventilation for the examination of infants, small or uncooperative children unnecessary, whereas maintaining low radiation dose values.

9 October 2014 16

Hög pitch undersökningar

9 October 2014 17

Moderna DT kan samla in uppemot 4000 profiler per rotation!!

Sinogram till bild

9 October 2014 18

Bakåtprojektion

9 October 2014 19

Bakåtprojektion / Filtrad bakåtprojektion

9 October 2014 20

Sinogram till bild - exempel

9 October 2014 21

Sinogram Objekt

Sinogram till bild

9 October 2014 22

Bakåtprojektion Filtrerad bakåtprojektion

Sinogram to image

9 October 2014 23

Bakåtprojektion Filtrerad bakåtprojektion

Rekonstruktionfilter

Bestämmer:

- Brus

Kompromiss!!!

- Skarphet

- Bildens utseende

9 October 2014 24

Skarpt filter

Mjukt filter

Iterativ rekonstruktion - princip

9 October 2014 25

Jämför med uppmätt signal

Korrigera och inverstransformera

Ingen skillnad? Slutgiltig bild

Startbild

Iterativa rekonstruktionsalgoritmer

9 October 2014 26

MLEM, OSEM: IRIS

+ noise statistics model: SAFIRE, ASiR,

+ noise statistics model + physics model: VEO, IMR, ADMIRE

Bra

Bättre

Bäst

Dyrt

Dyrare

Dyrast

9 October 2014 27

VEO

9 October 2014 28

9 October 2014 29

A. FBP

B. ASiR

C. VEO C. VEO

NI 20 – FBP / VEO

9 October 2014 30

10mA - FBP / VEO

9 October 2014 31

Undersökningar med kVp utanför intervallet 80-140 kVp

9 October 2014 32

Application- and patient size-dependent optimization of x-ray spectra for CT Willi A. Kalender, Paul Deak, Markus Kellermeier, Marcel van Straten, and Sabrina V. Vollmar

Undersökningar med kVp utanför intervallet 80-140 kVp

9 October 2014 33

Application- and patient size-dependent optimization of x-ray spectra for CT Willi A. Kalender, Paul Deak, Markus Kellermeier, Marcel van Straten, and Sabrina V. Vollmar

“In conclusion it appears justified to state that the choice of voltage has to be adapted to the patient cross section and to the diagnostic task at hand to a much higher degree than is common practice today. The range of voltages between 80 and 140 kV available today is not used to the necessary extent in practice with respect to the given potential of dose optimization.”

Datortomografer med valbara kVp utanför intervallet 80-140 kVp

Siemens Definition Flash: 70, 80, 100, 120, 140

Siemens Somatom Force: 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150

GE Revolution CT: 70, 80, 100, 120, 140

9 October 2014 34

Rörströmsmodulering

Innan sent 90-tal användes endast ett enda värde på rörströmmen för DT undersökningar

9 October 2014 35

9 October 2014 36

Konstant mA

Brus

Användning av ett enda värde på mA

• Kroppen är inte en homogen cylinder

• Attenuering av röntgenstrålning i kroppen beror av vinkeln strålningen infaller med samt var på kroppen den träffar

• Ett värde på rörströmmen ger:

• Samma strålkvalitet

• Varierad dos till patienten

• Varierad bildkvalitet

9 October 2014 37

Rörströmsmodulering

Ett automatiskt sätt att ändra rörströmmen för att hålla bildkvalitet (brusnivå) konstant och samtidigt spara dos

9 October 2014 38

- 4 cm: 100 mAs Ref mAs: 200 mAs + 4 cm: 400 mAs

Rörströmsmodulering princip

9 October 2014 39

Patient - Klinisk indikation Bildkvalitet

System – Bildinsamling och dos till patient

Image quality reference parameter

9 October 2014 40

Z-modulering

9 October 2014 41

AutomA= Z-modulering

X/Y-modulering

9 October 2014 42

Z- och X/Y-modulation

Viktigt att positionera rätt!

9 October 2014 43

Rörströmsmodulering hos olika tillverkare

9 October 2014 44

Auto-mA

DoseRight

CAREDose4D

SureExposure3D

Terminology by different vendors AAPM CT Lexicon

GE - AutomA

9 October 2014 45

• Noise Index – NI

- Brus hålls konstant. Skapa protokoll för olika kroppstorlekar / åldrar!

• AutomA: Z-modulering

• SmartmA: X/Y-modulering

‐ Beräknat utifrån översiktsbild

• Definiera min & max mA

• Baserat på senaste översiktsbilden

Philips - Doseright

9 October 2014 46

• DoseRight index – DRI

- Modulerar bruset till en referensnivå

• Z-DOM: Z-modulering

• D-DOM: X/Y-modulering

‐ Online modulering – 1 rotations försening

• 3D: Kombination av Z-DOM och D-DOM

• Baserat på senaste översiktsbilden

Siemens – CAREDose4D

9 October 2014 47

• Quality ref. mAs

‐ Definierad som mAs som behövs för en normalstor vuxen patient som väger 75kg

• Z- and X/Y-modulering

‐ Online modulering – 0.5 rotations försening

• Baserat på den senaste AP- och/eller LAT-översiktsbilden

Siemens – CAREDose4D

9 October 2014 48

En ändrad moduleringsstyrka påverkar alla protokoll för given kroppsdel.

Toshiba - SureExposure

9 October 2014 49

• SD

- Bruset hålls konstant.

- Sure Exposure väljer SD efter kroppsstorlek.

- Uppdelat på vuxen- och barnprotokoll!!

• SureExposure: Z-modulering

• SureExposure3D: X/Y-modulering

• Definiera min & max mA

• Baserat på senaste översiktsbilden (SureExposure)

• Baserat på senaste översiktsbilderna (SureExposure3D)

24 26 28 30 32 34 36 382

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

CTDIvol

vs. Mean Body Thickness, for Different ATCM SD Values

CTLab 19 S: Thorax Buk 2013-11-18 10:54 - 2014-01-10 14:45

Mean Body Thickness as Reported in RDSR [cm]

CTD

I vol,3

2cm

[m

Gy]

SD: 7.5

Poly1 Fit: k=1.93; R2=0.98

SD: 10

Poly1 Fit: k=1.49; R2=0.95

SD: 12.5

Poly1 Fit: k=1.73; R2=0.93

Rörströmsmodulering från olika tillverkare

9 October 2014 50

Rörspänningsmodulering

9 October 2014 51

% Contrast change in 20 cm water

-100

-50

0

50

100

150

200

70 80 90 100 110 120 130 140

kV

% C

ontr

ast

Liver

Blood

Fat

Muscle

Iodine

9 October 2014 52

Vad är bildkvalitet?

orginal dubbelt brus dubbelt brus dubbel signal

dubbelt brus dubbel signal

anpassade fönsterinställningar

samma kontrast-till-brus (CNR) ≈ samma bildkvalité

En förändring i kontrast måste kompenseras med en förändring av brusnivån

9 October 2014 53

• Definiera typ av undersökning

• CNR = Kontrast / Brus

• Kontrast – Kliniskt relevant kontrast för undersökningen. T.ex. CTA • Brus – Funktion av kVp, mAs, patient storlek, etc.

• Resultat beror på patientpopulation! (patientstorlek)

Rörspänningsmodulering

Exempel på kVp-modulering

9 October 2014 54

SIEMENS - CAREkV

9 October 2014 55

• CAREkV

• On • Quality ref. mAs gäller för Ref. kV

• kV väljs automatiskt

• Semi • Quality ref. mAs gäller för Ref. kV

• kV definierat av användare

• Off • Quality ref.mAs gäller för vald kV

GE – kV-assist

• Definiera min & max kV

9 October 2014 56

Figure: GE Healthcare

Hur mycket dos är tillräckligt?

9 October 2014 57

In the end, it is your decision!

Adjustment of Image quality reference parameter

Patient - Clinical indication Image Quality

System – Image acquisition and dose delivery

Viktigt för dosmodulering

• Ingen modulering utan översiktsbild

• Ompositionering av patienten påverkar inte dosmoduleringen, OM inte en ny översiktsbild tas.

• Ta en ny översiktsbild om patienten flyttats

• Positionera patienten i mitten av gantryt

• Se till att översiktsbilden täcker hela området som ska undersökas.

9 October 2014 58

The end

9 October 2014 59