X-ray Basics

Exponeringsparametrar, stråldos & bildkvalitet

Sofia Skyttner, MSc

Creative Commons-licens

Exponeringsparametrar påverkar...

…både stråldos & bildkvalitet!

Parameter Change Consequence
kV ? ?
mA ? ?
s ? ?
kollimering ? ?
FSD ? ?
filtrering (mm Cu) ? ?
raster ? ?
xxx ? ?
yyy ? ?

Röntgenröret utifrån

X-ray tube with light beam diaphragmOmhulling-ro-buis
Creative Commons-licens Kieranmaher

Röntgenröret inifrån

Rontgenbuis-draaianodeRotatingAnodeXRT
Creative Commons-licens Kieranmaher (obs: spegelvänd bild)

Röntgenrörets funktioner

SimpleXRTplus
Creative Commons-licens Kieranmaher

Exponeringsparametrar

XrGeneratorConsole
Creative Commons-licens Kieranmaher

Nyckelvärden för generatorn

Generatorns output

  • Rörspännning U (kV)
  • Rörström I (mA)
  • Exponeringstid t (s)

E = U • I • t

Energi levereras i pulser

  • 1 puls vid bildtagning
  • 0.5-8 puls/s för genomlysning
  • 3-30 puls/s för fluoro

mAs = mA * s

time-vs-dose
Alla andra parametrar konstanta, ersätt rotationstid med exponeringstid

Vilka faktorer påverkar bildkvaliteten?

factors_affecting_image_quality
Creative Commons-licens Sprawls Educational Foundation

1(5) Artefakter i bilden

Orsak Undvik genom
Patientrörelse Informera pat, minimal exponeringstid
Felaktig kalibrering Kalibrera regelbundet
Trasigt raster Anmäl genast klämskada, tappat raster, dyl
Trasigt röntgenrör Morgonkontroll
Trasig detektor Morgonkontroll
Med flera …

Vilka faktorer påverkar bildkvaliteten?

factors_affecting_image_quality
Creative Commons-licens Sprawls Educational Foundation

2(5) Suddighet/utsmetning/oskärpa

Focal spot size and unsharpness in X-ray
Creative Commons-licens Blausen Medical

2(5) Suddighet/utsmetning/oskärpa

Hur många pixlar har en röntgenbild?

  • 512 x 512 pixlar

Vad är pixeldensitet?

  • PPI, Pixels Per Inch
  • Ju fler pixlar per längdenhet, desto bättre upplösning

Vad är optimal pixelstorlek?

  • Halva värdet av önskad upplösning
  • Ex Upplösning 0.5 mm kräver pixelstorlek 0.25 mm

Vilka faktorer påverkar bildkvaliteten?

factors_affecting_image_quality
Creative Commons-licens Sprawls Educational Foundation

3(5) Kontrast

Variation i intensitet visas med gråskalor

WristInvertedPlot
Creative Commons-licens Kieranmaher

3(5) Kontrast

factors_affecting_contrast
Creative Commons-licens Sprawls Educational Foundation

3(5) Kontrast

Ex bildbehandling av handled
WristOLUTs
a Oprocessad bild
b Fönstersättning justerad
c Inverterad gråskala

Creative Commons-licens Kieranmaher

3(5) Kontrast

Fönstersättning via LUT (Look-up table)
GreyscaleLUT
Creative Commons-licens Kieranmaher

3(5) Kontrast

Rörspänning

  • Ju lägre kV, desto bättre mjukdelskontrast
  • Gäller om alla andra parametrar konstant (fast mAs)

Rekonstruktionsalgoritm

  • Stort urval per system
  • Stor variation mellan leverantörer
  • Påverkar inte bara kontrast…

Vilka faktorer påverkar bildkvaliteten?

factors_affecting_image_quality
Creative Commons-licens Sprawls Educational Foundation

4(5) Brus

Minimera bildens brus!

  • Adekvat kV (beroende av pat.tjocklek)
  • Adekvat mAs (beroende av dosrestriktion)
  • Adekvat iltrering
  • Adekvat raster
  • Alltid pat intill detektorn

Adekvat efter ALARA-principen
(As Low As Reasonable Achievable)

4(5) Brus - Välj adekvat kV!

XrtRelativeOutput
Creative Commons-licens Kieranmaher

4(5) Brus - Välj adekvat kV!

Ju högre kV, desto lägre brus
kv-vs-noise
Alla andra parametrar konstanta

4(5) Brus - Välj adekvat kV!

Ju högre kV, desto högre dos
kv-vs-dose
Alla andra parametrar konstanta

4(5) Brus - Välj adekvat mA!

Antal fotoner ökar för ökande rörström
XrtSpectrum mA
Creative Commons-licens Kieranmaher, Alla andra parametrar konstanta

4(5) Brus - Välj adekvat mA!

Dubblerat antal mAs ger dubblerad stråldos till patient…
…men inte halverat brus…! mAs-vs-dose
Alla andra parametrar konstanta

4(5) Brus - Välj adekvat filter!

Exempel på tilläggsfiltrering

  • 0.1 mm Cu
  • 0.2 mm Cu
  • 0.3 mm Cu

Även kombinationer med aluminium (Al) förekommer

Syfte

  • Ta bort de lågenergifotoner som absorberas av patient innna de når detektorn
  • Lågenergifotoner bidrar inte till bilden utan enbartger patientstråldos

4(5) Brus - Välj adekvat filter!

XrtSpectrum
Creative Commons-licens Kieranmaher

4(5) Brus - Välj adekvat raster

Spridd strålning ökar med patienttjocklek & fältstorlek

Röntgen-us Rörspänning Andel spridd strålning utan raster
Skalle 70 kV 45 %
Lunga normal 125 kV 55 %
Lunga stor 125 kV 65 %
Buk 81 kV 70 %
Pelvis normal 82 kV 80 %
Pelvis stor 81 kV 85 %

Källa okänd

Vid fri detektor:

  • Anpassa SSD (ej FSD) till valt raster!
  • Centrera röntgenrör mot detektor

4(5) Brus - Välj adekvat raster

Fördel

  • Minskad andel spridd strålning till detektor ger minskat brus

Nackdel

  • Del av primär strålning absorberas, rörström ökas för bibehållen bildkvalitet

4(5) Brus - Automatic Exposure Control


Creative Commons-licens Yale Rosen
Exponeringsautomatik, dosmodulering, dosautomatik…

  • Komprimera kroppsdel som undersöks
  • Kollimera/blända in strålfält
  • Välj rätt kammare (dominanter)

4(5) Brus - Automatic Exposure Control

ChestAEC
Creative Commons-licens Kieranmaher

EXI (Exposure Index)

Clinical EXI

cEXI = K x g x 100

  • calculation from pixel data of original image in “relevant area”
  • K, detektor dose (not patient dose)
  • g, calibration factor for system specific properties (aka detector sensitivity)

Physical EXI

  • not for clinical use

Vilka faktorer påverkar bildkvaliteten?

factors_affecting_image_quality
Creative Commons-licens Sprawls Educational Foundation

5(5) Distortion

Distortion = förvrängning

Ex

  • Fri exponering av lös detektor där detektor är vinklad
  • Pat står inte dikt an mot väggstativet (eg detektorn) vid lunga frontal

Hur påverkas stråldos & bildkvalitet?

Parameter Förändring Konsekvens
kV up minskad kontrast
kV down ökat brus
mA up ökad dos
mA down ökat brus
s up rörelseartefakter
s down max mAs begränsning
collimation less ökat brus & ökatd dos
FSD less ökat brus
filtration none ökad dos

Improving one parameter… …worsening another…!

DICOM

Digital Imaging & Communication in Medicine DicomHeaderSection
Creative Commons-licens Kieranmaher

Föreläsningsmaterial on-line

Tips!

Optimizing the image

https://slideplayer.com/slide/10087092/

Tack!

Bonusmaterial

Stråldos genom strålningens växelverkan

Comptonspridning (vä) & Fotoelektrisk effekt (hö)

Compton-1Fotoelektrisk effekt2
Creative Commons-licens Svjo (vänster), Björn Nordberg Enfero (höger)

  • Einstein (1921): Nobelpriset fysik för fotoelektrisk effekt
  • Compton (1923): fotoner har partikelliknande rörelsemängd, frekvensändring vid växelverkan

Tredje form av växelverkan: Parbildning

KERMA - separat föreläsning

Kinetic Energy Released per unit Mass (mGycm²)

(a.k.a. kinetic energy released in matter)

the sum of the initial kinetic energies of all the charged particles liberated by uncharged ionizing radiation (neutrons and photons) in a sample of matter, divided by the mass of the sample

DAP ~ KAP - separat föreläsning

The X-ray system gives you the DAP value!

  • KAP, Kerma Area Product (mGycm²)
  • DAP, Dose Area Product (generally mGycm², vendor dependent)
  • FSD, Focus Skin Dose (cm)
  • SSD, Source Detector Distance (cm)

DAP = KAP • (1-g), absorbed dose to air

g = fraction of energy of liberated charged particles lost in radiative processes in the material (fraction of percent for diagnostic X-rays)