Parametry CT skenování (2)

Pitch faktor a ukázka interakce pitch faktoru a dalších parametrů
Při spirálním skenování, tj. při skenování, kdy rentgenka rotuje a současně se pohybuje stůl s pacientem, jsou data nabírána spirálně. Velikost překrytí spirálně nabíraných dat nebo vzdálenost mezi sousedními daty („rozevření spirály“) se udává jako pitch faktor, viz obr. 1.

pitchObr. 1: Ukázka náběru dat pro dva různé pitch faktory

Matematicky je pitch faktor definovaný jako podíl posunu stolu na jednu rotaci rentgenky a celkové kolimace svazku, zapsáno následovně:

Pitch_1kde N je počet paralelně nabíraných řezů a T je tloušťka nabíraných řezů.

Větší pitch faktor znamená rychlejší posun stolu a tedy kratší celkovou dobu skenování. Ale v důsledku rychlejšího pohybu stolu interaguje v každém řezu menší množství rtg fotonů, zvyšuje se tedy šum a klesá rozlišení při nízkém kontrastu. Při vyšším pitch faktoru interaguje celkově méně fotonů, proto i výsledná dávka pacientovi je menší. Naopak s menším pitch faktorem je spojena vyšší dávka pacientovi. Tento předpoklad však platí pouze tehdy, není-li změněn žádný jiný expoziční parametr. Ale toho nelze lehce dosáhnout u většiny dnešních CT skenerů, protože využívají automatickou modulaci proudu. Náběr dat je optimalizovaný tak, aby kvalita obrazu byla podobná, tj. i množství interagujících fotonů je podobné, tj. zvýší-li se pitch faktor, zvýší se i proud a naopak, viz „Některé mylné představy spojené s volbou pitch faktoru„). To znamená, že v dnešní době zvětšení pitch faktoru nevede automaticky ke snížení dávky pacientovi.

Uveďme si názorný příklad, ale nejprve dodefinujeme veličinu efektivní mAs:

Effective_mAsEfektivní mAs je veličina, která je velmi užitečná, protože zahrnuje i pitch faktor, proto reprezentuje množství fotonů dodaných do určitého objemu. Je-li hodnota efektivní mAs pro dvě nastavení expozičních parametrů stejná, znamená to, že do daného objemu bylo dodáno stejné množství fotonů bez ohledu na konkrétní hodnotu doby rotace rentgenky, mA nebo pitch faktoru.

Předpokládejme, že máme následující expoziční parametry, které odpovídají dostatečné kvalitě CT obrazu: napětí = 120 kV, efektivní mAs = 280 mAs, doba rotace rentgenky = 0,5 s/rotace, pitch faktor 0,8, celková kolimace = 32*0,6 mm = 19,2 mm, délka skenované oblasti = 62 cm.

Nejprve si stanovíme posun stolu na 1 rotaci:

Posun_stolu_1Posun stolu je tedy  roven 15,4 mm na 1 rotaci (= 0,8*19,2 mm). Z doby rotace rentgenky 0,5 s vyplývá, že za 1 s urazí stůl 2*15,4 mm = 30,8 mm. Rychlost posunu stolu je tedy 30,8 mm/s. Celková doba CT skenu pak bude 62 cm/30,8 mm = 620 mm/30,8 mm = 20 s.

Délka zadrženého dechu 20 s je delší než vhodné, uveďme si tedy přepočet parametrů tak, aby celková doba skenu byla 15 s při stejné kvalitě obrazu. K tomu nám pomůže ještě tabulka na obr. 2, která udává maximální hodnotu efektivních mAs pro daný pitch faktor a dobu rotace rentgenky.

Tab_eff_mAsObr. 2: Maximální efektivní mAs pro 120 kV a danou dobu rotace rentgenky

Velmi jednoduchým řešením by bylo zvýšit proud, avšak to může někdy narazit na limitace CT skeneru z hlediska maximálního možného proudu rentgenky. Zvyšmě tedy nejprve hodnotu pitch faktoru, čímž lze urychlit vyšetření. Potřebujeme zkrátit celkovou dobu CT skenu z 20 s pod 15 s, tj. cca o čtvrtinu. Zvyšme tedy pitch faktor o čtvrtinu, tedy pitch faktor = 0,8*1,25 = 1. Pro jistotu ho zvyšme na 1,1. Posun stolu na 1 rotaci je roven 1,1*19,2 mm = 21,1 mm/rotace. Rychlost pohybu stolu je 2*21,1 mm = 42,2 mm/s. Tím se celková doba skenu změní na 620 mm/42,2 mm = 14,7 s. Pro dobu rotace 0,5 s a pitch faktor 1,1 to znamená, že maximální efektivní mAs z tabulky na obr. 2 může být 264 mAs. Avšak pro stejnou kvalitu obrazu, jaká byla původně, potřebujeme, aby efektivní mAs bylo rovno 280 mAs. Při tomto druhém nastavení by tedy došlo ke zhoršení kvality obrazu, v obraze by byl vyšší šum a zhoršilo by se rozlišení při nízkém kontrastu. To ale nechceme, proto musím zvolit jiné nastavení.

Bude-li pitch faktor 1,0, je maximální hodnota efektivních mAs 290 mAs. Pitch faktoru 1,0 odpovídá posunu stolu 19,2 mm/rotace, což odpovídá posunu stolu 2*19,2 mm za 1 s = 38,4 mm za 1 s. Celková doba skenu je pak rovna 620 mm/38,4 mm = 16,1 s. To je lehce vyšší než našich původně žádaných 15 s, proto je dalším krokem zvýšení rychlosti rotace rentgenky, neboli zkrácení doby rotace rentgenky. Nechť je tedy doba rotace rentgenky 0,33 s. Pro pitch faktor 1,0 je však maximální hodnota efektivních mAs pouze 191 mAs, což je velmi málo. Tímto směrem tedy cesta nevede. Zde vidíme, že původní kvalitu obrazu již získat nelze, avšak pro pitch faktor 1,0 lze získat obraz vyšší kvality, hodnota efektivních mAs je 290 mAs a doba skenu přibližně 16 s. To je tedy výsledné nastavení a na radiologických asistentech pak je, aby případně provedli přenastavení pro konkrétního pacienta.

Použitá literatura:
Wolbarst AB, Capasso P, Godfrey DJ, Price RR, Whiting BR, Hendee WR. Advances in Medical Physics 2012. Volume 4. Medical Physics Publishing, 2012

Další články:
1) Doba rotace rentgenky, proud rentgenky
2) Pitch faktor a ukázka interakce pitch faktoru a dalších parametrů
3) Tloušťka rekonstruovaného řezu
4) Konfigurace detektoru
5) Napětí rentgenky
6) Rekonstrukční kernel/algoritmus

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *