การกำหนดคุณลักษณะเครื่อง 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

- ผู้ป่วยเด็ก คนชราและผู้ป่วยที่ไม่รู้สึกตัว Total Scan Time จุดมุ่งหมายคือ ลดartifact due to voluntary and involuntary patient motion Acceptable scan time ขึ้นกับ การตรวจ และ สภาพผู้ป่วย เช่น - CT Pulmonary Angiography (CTPA) scan time ต้องไม่นานกว่าการกลั้นหายใจ - ผู้ป่วยเด็ก คนชราและผู้ป่วยที่ไม่รู้สึกตัว - Transit rate of Contrast

Total Scan Time: Gantry rotation time Short rotation time ลด Artifacts เนื่องจากการเคลื่อนไหวของผู้ป่วย Shortest Rotation time < 0.3 s. (Dual source CT) for cardiac imaging For general body scan, rotation time 0.5 s. ก็เพียงพอแล้ว Brain scan rotation time 1 s. ต้องเพิ่ม Tube currents เพื่อชดเชยเวลาที่สั้นลง และในการใช้high tube currentsเป็นเวลานาน 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 4x1.25 4x1.25 8x1.25 4x1.25 10mm 20mm 16x0.625 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 ขึ้นกับการตรวจและความสามารถของเครื่อง เช่น - CT Peripheral angiography Run-offs - Maximum coverage in dynamic study such as CT perfusion scanning Maximum scan length ขึ้นกับ - จำนวน 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 Low Capacity heat unit High Capacity heat unit

X-ray tube: Anode cooling rate Maximum anode cooling rate High cooling rate Low cooling rate

Technical considerations: 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 หรือ calcified กับ contrast media ปัจจุบันมี 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) กำหนดค่า สูงสุด ต่ำสุดของ 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

Gantry 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

Image Quality Spatial Resolution (High Contrast Resolution) Contrast Resolution (Low Contrast Resolution) Temporal Resolution

Spatial Resolution (High Contrast Resolution) ความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างบริเวณที่มีความเข้มของสัญญาณบนภาพมากและน้อยออกจากกันได้ Picture from CEP08007:March2009

How to measure the spatial Resolution Modulation Transfer Function (MTF) ψmax C(f)=100% ψmin ψmax C(f)=80% ψmin

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 ความสามารถในการแยกความแตกของภาพจากพื้นหลังเมื่อภาพมีค่า CT number ใกล้เคียงกับพื้นหลังซึ่งขึ้นกับ Contrast Image Noise Size โดยทั่วจะบอกเป็นขนาดที่เล็กที่สุดที่ตาสามารถแยกได้ที่%contrast หนึ่งๆ

Temporal Resolution ในทาง CT หมายถึงเวลาที่ใช้ในการเก็บส่วนข้อมูล (Segment of Data)เพื่อใช้ในการ Reconstruction Time Temporal Resolution

Acquisition segment Picture from CEP08007:March2009

Temporal Resolution and Cardiac imaging โดยทั่วไปเวลาที่ต้องใช้ในการเก็บข้อมูลในช่วงที่หัวใจอยู่นิ่งที่สุด (End of Diastole) ประมาณ 10% ของ1 cardiac cycle เช่น ถ้าหัวใจเต้น 60 ครั้ง/นาที 1 ครั้งใช้เวลา1 วินาที(Second) หรือ 1000 ms. ดังนั้นเก็บข้อมูลในช่วงที่หัวใจอยู่นิ่งที่สุด คือ 10%x1000ms=100ms ดังนั้นถ้าเครื่องใดที่มี 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 Where C is mAs 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) Where C is mAs

CTDI volume 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 เป็นค่าที่ใช้พิจารณาภาพที่โดยใช้พารามิเตอร์ต่อไปนี้ในการคำนวณ noise, spatial resolution, slice width และ Dose

Comparison of Q2 between different systems From Report06012

Example of Q2 application From Report06012

Other Requirements Room Requirements: Service maintenance and warranty 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

Detector width, Speed of Rotation Total scan time 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 CTDI100, CTDIvol, Q2 CT dose

Thanks