V dnešním článku si ukážeme, jak napětí na CT ovlivňuje kontrast obrazu (více o interakcích, které jsou zodpovědné za kontrast obrazu, lze naleznout zde). Pro lepší názornost si vše ukážeme na CT fantomu (AAPM CT Performance Phantom, Model 610).
Fantom jsme naskenovali v dual energy módu na CT skeneru Somatom Definition Flash při napětí 80 kV a 140 kV. Použili jsme mód pro zobrazení dolních končetin. Kvalitu obrazu si popíšeme pomocí veličin kontrast a šum. Kontrast i šum budeme popisovat na jednom modulu CT fantomu, který se skládá z pěti válečků s různou hustotou. Válečky jsou paralelní s podélnou osou skenu, takže na axiálním řezu se objeví jako kroužky, viz. obr. 1. V tab. 1 je hustota válečků a očekávaná hodnota CT čísla při napětí 120 kV dle manuálu. Grafická ukázka všech CT řezů bude při nastavení WW 300, WL 50.
Obr. 1: Modul CT fantomu s různými materiály (vertikální artefakty pocházejí ze stojánku, ve kterém je umístěný fantom)
| Číslo válečku | Materiál | Hustota (g/cm3) | CT číslo (HU) ve škále ± 1000 |
| 1 | Nylon | 1.10 | +92 |
| 2 | Polykarbonát | 1.20 | +102 |
| 3 | Polyethylen | 0.95 | -92 |
| 4 | Polystyren | 1.05 | -24 |
| 5 | Akryl | 1.19 | +120 |
Tab. 1: Seznam materiálů a hustot jednotlivých válečků (jedná se o materiály o hustotě blízké vodě, tedy i měkké tkáni)
Nejprve si ukážeme, jak vypadá tentýž řez naskenovaný při 80 kV a 140 kV (graficky na obr. 2) z hlediska signálu a šumu, vyjádřeno jako CT číslo ± směrodatná odchylka v tab. 2.
Obr. 2: Axiální řez při 80 kV (vlevo) a 140 kV (vpravo)
| Číslo válečku | CT číslo ± SD při 80 kV (HU) | CT číslo ± SD při 140 kV (HU) |
| 1 | 69.7 ± 12.6 | 114.6 ± 10.4 |
| 2 | 80.2 ± 9.8 | 122.2 ± 9.3 |
| 3 | -121.0 ± 10.0 | -69.0 ± 9.7 |
| 4 | -64.2 ± 10.9 | -15.1 ± 10.4 |
| 5 | 109 ± 12.3 | 144.9 ± 11.9 |
Tab. 2: CT číslo a směrodatná odchylka pro jednotlivé válečky pro 80 kV a 140 kV
Již z obr. 2 je zřejmé, že s vyšší hodnotou napětí (tedy i energií) je kontrast horší (větší zastoupení Comptonova rozptylu na úkor fotoefektu), ale šum je nižší (viz směrodatné odchylky v tab. 2). Rozdíl mezi nejtmavším a nejsvětlejším válečkem (akrylem a polyethylenem) je pro 80 kV roven cca 230 HU, zatímco pro 140 kV je to pouze cca 214 HU. Tedy kontrast (rozdíl mezi signálem různých oblastí) klesá s rostoucím napětím (energií).
Dual energy mód umožňuje na základě identifikace součinitelů zeslabení v jednotlivých voxelech zrekonstruovat CT obraz pro libovolně zvolenou energii, např. i pro 40 keV nebo až pro 180 keV. Ukázka takových obrazů CT fantomu je uvedena na obr. 3 a CT čísla jsou graficky znázorněna na obr. 4.
Obr. 3: CT řez stejnou oblastí pro napětí (shora zleva): 40 kV, 60 kV, 80 kV, 100 kV, v druhém řádku: 120 kV, 140 kV, 160 kV, 180 kV (obraz pro 80 kV a 140 kV je reálně nabraný, ostatní jsou zrekonstruované)
Obr. 4: CT čísla různých materiálů v závislosti na napětí (rekonstruované obrazy jsou monoenergetické, tj. jedná se o spektra s energií odpovídající danému napětí)
Z obr. 4 je zřejmé, že s měnícím se napětím se mění i CT číslo, které s vyšší hodnotou napětí narůstá. S touto změnou je potřeba počítat v případech kvantitativního hodnocení u pacientů, kdy se mění signál různých tkání v závislosti na použitém napětí.
Pro úplnost ještě uvádím na obr. 5 grafické znázornění rozdílu CT čísel mezi akrylem a polyethylenem v závislosti na napětí. Z obr. 5 je zřejmé, tak jak bylo zmíněno již výše, že s rostoucím napětím klesá rozdíl mezi dvěma materiály, tedy s rostoucím napětím se zhoršuje kontrast obrazu.
Obr. 5: Rozdíl v CT číslech akrylu a polyethylenu v závislosti na napětí
V následujícím článku si vysvětlíme, proč s rostoucí hodnotou napětí narůstá i CT číslo.