Röntgen/CT techniek

  • Röntgen

  • CT
     

Röntgen

Röntgenbuis

Röntgenstraling wordt opgewekt in een vacuüm röntgenbuis. In de röntgenbuis bevinden zich een  elektrisch negatief geladen kathode en een elektrisch geladen positieve anode. De kathode bestaat over het algemeen uit een wolfraam spiraal. Door een gloeistroompje door de kathode te voeren zal er een sterke verhitting (≥2200°C) van de spiraal optreden. Ten gevolge van de verhitting komen elektronen vrij. Door het gemaakte spanningsverschil tussen de anode en kathode (= buisspanning) zullen deze elektronen naar de positieve geladen anode (= focus/trefplaat) schieten. 
Bij de afremming van de elektronenstroom (= buisstroom) in de anode wordt de bewegingsenergie van de elektronen omgezet in röntgenstraling (fig. 1).

Figuur 1. Opwekking van röntgenstraling in de röntgenbuis. De röntgenstraling passeert het lichaamsdeel en zal terecht komen op een fosforplaat/detector.

De buisspanning wordt uitgedrukt in kilovolt (Kv) en de buisstroom wordt uitgedrukt in milliampère (mA).

Röntgenfoto

Bij het maken van een röntgenfoto zal een bundel röntgenstralen vanuit het röntgenbuis het lichaam passeren en terecht komen op een fosforplaat/detector. De witheid (=densiteit) is afhankelijk van de hoeveelheid röntgenstralen die het weefsel passeert (fig. 2).

Figuur 2. Röntgen densiteiten (= witheid). 

Hoe meer de röntgenstralen worden tegengehouden (absorptie of verstrooiing) en niet op de fosforplaat/detector terechtkomen, hoe denser (=witter) het beeld. Weefsels met een hoog absorptievermogen, zoals metaal, zullen als dens afgebeeld worden. Een ander voorbeeld: röntgenstralen zullen de luchthoudende longen (zwart) makkelijker passeren dan het bot (wit) De ontvangen informatie op de plaat wordt omgezet in een digitaal beeld.
Bij een goede opnametechniek kan een röntgenfoto informatie geven over de ossale structuren, vocht, lucht, weke delen contouren en prothesen/osteosynthese materiaal.

Opmerkingen:

  • Elke röntgenfoto wordt beoordeeld alsof je voor de patiënt staat; dus de rechterkant van de foto betreft de linkerzijde van de patiënt en visa versa. 
  • Belangrijk om te weten is dat de röntgenbundel een divergerende eigenschap heeft. Dit houdt in dat deze steeds breder wordt naarmate de afstand tot de röntgenbuis toeneemt. Het nadeel hiervan is dat weefsels/structuren die ver van de plaat verwijderd zijn ongewenst groter worden afgebeeld op de plaat. O.a. belangrijk bij de beoordeling van de grootte van het hart bij een X-thorax onderzoek (zie fig. 3).

Figuur 3. Effect van de divergerende werking van de röntgenbundel op de grootte van het hart (a = posterieure-anterieure techniek, b = anterieure-posterieure techniek).

Indicatie/aanvraagformulier

Ondanks dat over het algemeen CT (computertomografie) of MRI (magnetic resonance imaging) meer informatie kan geven over de ossale structuren en de weke delen heeft de conventionele röntgenfoto een aantal voordelen. Een röntgenfoto is een relatief snelle, goedkope en niet-belastende techniek. Zo kan een X-thorax bijvoorbeeld op een snelle manier veel nuttige informatie geven op de traumakamer. Denk daarnaast ook aan het afbeelden van prothesen/osteosynthese materiaal, deze geven bij CT en MRI vaak ongewenste artefacten.   
Voor de beoordeling van een röntgenfoto is het belangrijk dat de radioloog goed geïnformeerd is over de patiënt en de vraagstelling. Relevante voorgeschiedenis (m.n. operaties/behandelingen en maligniteiten), relevante klinische informatie (o.a. koorts, locatie pijnklachten en traumamechanisme) en een gerichte duidelijke vraagstelling zijn essentieel voor een juiste radiologische beoordeling. Wanneer de bovenstaande zaken niet worden vermeld kan het voorkomen dat bepaalde bevindingen op de röntgenfoto verkeerd geïnterpreteerd worden. Daarnaast is het altijd goed als de radioloog gefocust wordt op het werkelijke probleem zodat hij/zij hier extra aandacht aan besteed (zeker als het gaat om subtiele afwijkingen).

CT

CT staat voor computertomografie en maakt net als bij de conventionele röntgenfoto gebruik van röntgenstraling. De CT-scan is een onderzoek waarbij het binnenste van het menselijk lichaam in drie dimensies wordt afgebeeld.
De röntgenbundel passeert het menselijk lichaam in een dunne axiale plak, dit wordt het herhaald in verschillende richtingen (fig. 4).

Figuur 4. Algemene techniek van een CT scanner.

De detectoren aan de andere kant meten de transmissie van de straling door de patiënt. De computer kan hierdoor de mate van absorptie bepalen in zeer kleine volume elementen, de zogenaamde voxels. De grootte van de voxel is o.a afhaneklijk van de matrixgrootte (aantal pixels) en plakdikte. De informatie van de voxels worden vervolgens weer omgezet in de ‘CT nummers’, beter bekend als Houndsfield unit (HU) Hier later meer over.
Bij het bekijken van een CT scan moet je je voorstellen alsof je vanaf het voeteneind naar het hoofdeind van de patiënt kijkt; de bovenzijde is de buikkant, de onderzijde de rugkant (onderzoekstafel) en links & rechts zijn omgedraaid.

Tegenwoordig wordt er met name gebruik gemaakt van 3e generatie CT scanners (1e , 2e en 4e generatie CT scanners worden in dit college verder buiten beschouwing gehouden) Bij 3e generatie CT scanners roteren de röntgenbuis en detectoren synchroon om de patiënt. De detectorrij omvat de volle breedte van waaiervormige stralenbundel (fig. 5).

Figuur 5. Derde generatie CT scanner.

Multi-Slice CT

De ontwikkeling van de multi-slice CT scanner (ook wel bekend als multidetector CT of volume CT) bracht een forse kortere scantijd met zich mee. In tegenstelling tot een standaard systeem maakt de multi-slice CT gebruik van meerdere detectorrijen. Op deze manier wordt niet één coupe per rotatie gescand, maar meerdere coupes tegelijk (fig. 6).

Figuur 6. Single-slice vs. multi-slice.

Afhankelijk van het aantal detectorrijen spreken we o.a. van een 4,6,8,10,16 of 64-slice CT (in de literatuur wordt ook regelmatig de term multidetector CT gebruikt)
Grote voordelen van een multi-slice CT zijn een kortere scantijd (o.a. minder bewegingsartefacten), dunnere coupes en langere scan range bij CT angiografie onderzoeken.

Spiraal CT

Bij de conventionele CT techniek wordt eerst een coupe gemaakt van het gewenste gebied, waarna de tafel een stukje opschuift. De patiënt wordt op deze manier coupe voor coupe (step-by-step) afgebeeld.
Rond 1990 werd de ‘slip ring’ techniek ontwikkeld waarbij het mogelijk is de röntgenbuis  en de ring van detectoren door te laten draaien en continu te scannen. Dit leidde tot de zogenaamde spiraal CT waarbij de tafel van de scanner met een constante snelheid door de ring met de draaiende röntgenbuis en detectoren beweegt. Er ontstaat een helix/spiraalvormig patroon (fig. 7).

Figuur 7. Techniek spiraal CT.

Het grote voordeel van spiraal CT is de kortere scantijd. De patiënt kan al gescand gedurende één  ademhalingsinstructie. Een ander voordeel zijn de overlappende intervallen, dit geeft een betere visualisatie van kleine laesies en gaat het ongewenste partial volume effect tegen . Bij het partial volume effect bevinden twee verschillende structuren zich in dezelfde voxel, hierdoor zal het gemiddelde van beide densiteiten omgezet worden in een grijstint (m.n. dikke coupedikte) Zeer fijne afwijkingen zullen de gemiddelde densiteit nauwelijks beïnvloeden, met als gevolg dat ze niet gedetecteerd worden.
Een nadeel van spiraal CT is de langer tijd die nodig is om beeldreconstructies te maken. Nieuwe CT scanners worden echter steeds sneller in het verwerken van de verkregen informatie. 
Een ander nadeel van spiraal CT zijn specifieke spiraal CT artefacten.

De spiraal techniek wordt veel toegepast bij de bovenbeschreven multi-slice CT scanners. In enkele gevallen wordt nog de conventionele step-by-step techniek toegepast, zoals bij  een HRCT onderzoek of interventie procedures. HRCT staat voor high resolution CT en wordt gebruikt om dunne CT-coupes (1-2 mm) van de thorax te krijgen die gereconstrueerd worden met een hoge resolutie en sterke vergroting (wordt m.n. gebruikt bij interstitiële longaandoeningen).

Contrastmiddelen

Contrastmiddelen zorgen ervoor dat een orgaan of vat beter afgebeeld wordt. Het contrastvloeistof wordt intraveneus ingespoten (meestal via een vene in de elleboogsplooi) en zal zich vervolgens door de bloedvaten verspreiden in het gehele lichaam.
Bij intraveneus contrastvloeistof is het belangrijk wat de vraagstelling is. Voor een goed onderzoek dient het contrastvloeistof zich te bevinden in het orgaan/vat van interesse. 
Voorbeeld: bij de vraagstelling longembolieën wordt er gescand op het moment dat het contrastvloeistof zich in de arterie pulmonalis bevindt (9-15 sec na injectie, fig. 8) Ben je meer geïnteresseerd naar de status van de carotiden dan zal er 16-24 sec na injectie gescand moeten worden.

Figuur 8. Goed contrastaanbod in de arterie pulmonlalis (via elleboog – vena cava superior – rechter harthelft). Merk op dat het contrastvloeistof de aorta nog niet heeft bereikt. 

Oraal en rectaal bariumcontrast kan gebruikt worden voor het beoordelen van de darmen en hulp bieden bij het onderscheiden van darmen en omliggende weefsels. 
Jodiumhoudend contrastvloeistof kan schade brengen aan de nieren. Hydratie is belangrijk bij de preventie van contrast nefropathie. Bekijk het protocol van het ziekenhuis waar je werkt voor meer details over preventiemaatregelen  (o.a. pre/posthydratie) en de risicofactoren.

Hounsfield units

De mate van  röntgenverzwakking is afhankelijk van het soort weefsel. Deze verschillen worden omgezet in  ‘CT nummers’, beter bekend als Hounsfiels units (HU). Er ontstaat een spectrum van grijstinten, van -1000 tot +3000 (NB de bovengrens wordt bepaald door het type scanner).
Weefsels met een lage verzwakking (zoals lucht en vet) hebben een laag HU-getal. Weefsels die voor veel röntgenverzwakking zorgen (zoals bot en contrastmiddel) hebben een hoog HU getal (fig. 9) Water heeft een HU-waarde van 0.

Figuur 9. Hounsfield Units (HU) van verschillende weefsels.

De mens kan maar een beperkt aantal grijstinten van elkaar onderscheiden. Wanneer het hele spectrum van figuur 9 afgebeeld wordt dan kunnen veel structuren niet van elkaar onderscheiden worden. Om toch meer contrast te creëren tussen weefsels met een vergelijkbare HU-waarde kan een bepaald gedeelte van het spectrum als het ware uitvergroot worden. 
De boven- en ondergrens van het gedeelte dat uitvergroot wordt heet het window width (= vensterbreedte) Het middelpunt van de window width wordt het window level (= vensterhoogte) genoemd. 
Een veel gebruikte optie is de weke delen setting. De weke delen setting heeft over het algemeen een window level van 40 (NB de weke delen hebben een HU-waarde rond de +40 - +80) en een window width van 400 (fig. 10). Alles boven de bovengrens van het window width, in dit geval +240, wordt als wit geprojecteerd. Alles lager dan de ondergrens van het window width, in dit geval -160, wordt als zwart geprojecteerd. Een weke delen setting geeft dus nagenoeg geen informatie over de luchthoudende longen (HU longen rond de -500).

Figuur 10. Weke delen setting met een window width 400 en window level 40. Merk op dat alle structuren boven de +240 en onder de -160 resp. als wit en zwart geprojecteerd worden.

Andere veel gebruikte settings zijn de longsetting en botsetting (fig. 11/12) Deze standaard instellingen zijn vaak met een ingeprogrammeerde knop op het toetsenbord te activeren. 
Ga na dat subtiele densiteitsverschillen het beste waarneembaar zijn bij een smalle window width. 

Figuur 11. Longsetting met een window width 1500 en window level -650. Merk op dat alle structuren boven de +100 en onder de -1400 resp. als wit en zwart geprojecteerd worden.

Figuur 12. Botsetting met een window width 2000 en level +400. Merk op dat alle structuren boven de +1400 en onder de -600 resp. als wit en zwart geprojecteerd worden.

Opmerking: het veranderen van de window/level is een softwarematige bewerking. Voor het window-levellen hoeft de patiënt dus niet opnieuw gescand te worden. Window-levellen kan gebruikt worden in elk onderzoek. Wees er wel van bewust dat window-levellen zijn grenzen kent qua beeldkwaliteit en beoordeling. Een CT scan die gefocust is op een bepaald orgaan zal qua beoordeling voor een ander orgaan niet ideaal zijn (NB het onderzoek is gericht op de vraagstelling!).
 Onder andere de scanner/techniek, het scanprotocol en de ingestelde Kv/mA zijn van invloed op het eindresultaat.

Bronnen

  • M. Prokop; Spiral and Multislice Computed Tomography of the body (2003)
  • A. Lemmens; Praktische radiologie (april 2005)
  • J. Rydberg, et al; Multisection CT: Scanning Techniques and Clinical Applications. RadioGraphics 2000. 
  • P. Allisy-Roberts, J. Williams; Farr’s Physics for Medical Imaging (sec. edition 2008)

Auteur

  • Annelies van der Plas, AIOS radiologie LUMC

17/03/2014