การกาหนดคุณลักษณะเครื่ อง CT scan
Suwit Saekho, Ph.D.
Department of Radiological Technology
Faculty 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
องค์ประกอบหลักที่ควรระบุในคุณลักษณะ
•
•
•
•
•
•
•
•
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
Z axis
Multiple images for one rotation
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
• จุดมุ่งหมายคือ ลดartifact due to voluntary and
involuntary patient motion
• Acceptable scan time ขึ้นกับ การตรวจ และ สภาพ
ผูป้ ่ วย เช่น
- CT Pulmonary Angiography (CTPA) scan time
ต้องไม่นานกว่าการกลั้นหายใจ
- ผูป้ ่ วยเด็ก คนชราและผูป้ ่ วยที่ไม่รู้สึกตัว
- Transit rate of Contrast
Total Scan Time: Gantry rotation time
• Short rotation time ลด Artifacts เนื่องจากการเคลื่อนไหวของ
ผูป้ ่ วย
• Shortest Rotation time < 0.3 s. (Dual source CT)
for cardiac imaging
• For general body scan, rotation time 0.5 s. ก็เพียงพอ
แล้ว Brain scan rotation time 1 s.
• ต้องเพิ่ม Tube currents เพื่อชดเชยเวลาที่ส้ นั ลง และในการใช้high
tube currentsเป็ นเวลานาน หลอดต้องมี 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
Fixed array (Matrix)
Variable array (Hybrid)
4x1.25
16x0.625
10mm
16x0.625
4x1.25
4x1.25
8x1.25
4x1.25
20mm
16x1.25
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
•
ขึ้นกับการตรวจและความสามารถของเครื่ อง เช่น
- CT Peripheral angiography Run-offs
- Maximum coverage in dynamic study such as
CT perfusion scanning
• Maximum scan length
ขึ้นกับ
- จานวน แถว และขนาดของ Detector
- ความร้อนของหลอดเอกซเรย์
- ขนาดความจุของ 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
X-ray tube
Direct convective cooling of anode
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)
• ใช้แยกความแตกต่างของวัตถุที่มีค่า CT number ใกล้เคียงกันเช่น
Soft tissue plaque และ fatty tissue หรื อ
calcified กับ contrast media
• ปัจจุบนั มี 3 วิธี
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)
กาหนดค่า สู งสุ ด ต่าสุ ดของ kV และ mAs ที่ใช้
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 quarter
of the their width giving
more sampling points
Picture from CEP08007:March2009
Increase Resolution
Higher dose is the cost of increase resolution
Picture from CEP08007:March2009
Detector System
Table from CEP08027:March2009
Detector 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
Table from CEP08027:March2009
Gantry
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)
• ความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างบริ เวณที่มีความเข้มของ
สัญญาณบนภาพมากและน้อยออกจากกันได้
Picture from CEP08007:March2009
How to measure the spatial Resolution
• Modulation Transfer Function (MTF)
ψmax
C(f)=100%
ψmin
ψmax
C(f)=80%
ψmin
 max  min
 max  min
C( f ) 
, C (0) 
 max  min
 max  min
C( f )
MTF 
100%
C (0)
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)
Picture from CEP08007:March2009
ความสามารถในการแยก
ความแตกของภาพจากพื้น
หลังเมื่อภาพมีค่า CT number
ใกล้เคียงกับพื้นหลังซึ่ งขึ้นกับ
• Contrast
• Image Noise
• Size
โดยทัว่ จะบอกเป็ นขนาดที่เล็กที่สุดที่ตาสามารถแยกได้
ที่%contrast หนึ่งๆ
Temporal Resolution
• ในทาง CT หมายถึงเวลาที่ใช้ในการเก็บส่ วนข้อมูล (Segment
of Data)เพื่อใช้ในการ Reconstruction
Time
Temporal Resolution
Acquisition segment
Picture from CEP08007:March2009
Temporal Resolution and Cardiac imaging
• โดยทัว่ ไปเวลาที่ตอ้ งใช้ในการเก็บข้อมูลในช่วงที่หวั ใจอยูน่ ิ่งที่สุด
(End of Diastole) ประมาณ 10% ของ1 cardiac
cycle เช่น
• ถ้าหัวใจเต้น 60 ครั้ง/นาที
1 ครั้งใช้เวลา1 วินาที(Second) หรื อ 1000 ms.
ดังนั้นเก็บข้อมูลในช่วงที่หวั ใจอยูน่ ิ่งที่สุด คือ
10%x1000ms=100ms
ดังนั้นถ้าเครื่ องใดที่มี Temporal resolution สูงกว่า 100
ms ก็จะไม่สามารถสร้างภาพหัวใจที่ดีได้
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 slice
for each setting of
nominal slice
thickness
Proposed by Commission of the European Communities (CEC)
CTDIW
1 1
2

  CTDI100,c  CTDI100, p 
C3
3

Where C is mAs
CTDI volume
CTDI vol
CTDI w

Pitch
d
pitch 
M S
p  Pitch
M  Numbers of slices per rotation
S  Slice width
d  Table move per one rotation
It is used for Non contiguous slices CT or Spiral CT
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
• เป็ นค่าที่ใช้พิจารณาภาพที่โดยใช้พารามิเตอร์ต่อไปนี้ในการคานวณ
noise, spatial resolution, slice width และ
Dose
3
f av
Q2 
 2  Z1  CTDI vol
MTF50  MTF10
f av 
2
  Image noise for 5cm2 ROI
3
Z1 = FWHM of slice profile
CTDI vol =Volume weighted CT dose Index (mGy)
Comparison of Q2 between
different systems
From Report06012
Example of Q2 application
From Report06012
Other Requirements
• Room Requirements:
Radiation Protection
Air 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
Detector width, Speed of Rotation
Maximum scan
length
Size and row of detectors, HU, Comp memory
X-ray generator
Power rating, maximum kV, mA setting
X-ray tube
Anode HU, cooling rate
Detector system
Size and number of row, decay constant,
Increase sampling
Image Quality
Spatial Resolution, Contrast resolution,
Temporal resolution
CT dose
CTDI100, CTDIvol, Q2
Thanks