The current thesis concerns Dual Energy Computed Tomography and specifically the physical
principles and methods it is based on. Dual Energy CT offers the potential of not only
anatomical, but also functional information from Computed Tomography (CT) exams. This is
achieved by utilizing the energy dependence of X-rays’ attenuation within matter. In this way,
materials are divided into those that are characterized by energy-dependent attenuation
(strong spectral behavior), due to strong photoelectric effect contribution to total attenuation,
and those that do not exhibit important photoelectric attenuation at radiological energies and
therefore they attenuate X-rays in a much less energy dependent way. This information is
useful for the identification of materials that, despite the fact that they are completely different
as far as their chemical composition is concerned, they have the same or similar CT number
values at a particular kVp level.
The energy dependence of attenuation leads to the determination of a polychromatic linear
attenuation coefficient. This coefficient may be approximated either by considering an
equivalent monoenergetic attenuation coefficient that is characterized by the same half value
layer as the the polyenergetic beam, or by a local linear attenuation coefficient that is
determined by knowledge of the local x-ray spectrum. The energy dependence of attenuation
is the cause of beam hardening effects.
The basic fields where dual energy CT has become feasible and its current clinical
applications are described in the thesis. The utility of DECT ranges from artifact elimination
(beam hardening, metal artifacts) to tissue discrimination, material selective images and
“conventional CT acquisition” equivalent images. The implementations of dual energy CT are
also presented in the thesis and include consecutive scans at two different kVp values, fast
kV-switching, dual source CT and dual layer CT. / Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά στην τομογραφία διπλής ενέργειας και ειδικότερα
τις φυσικές αρχές και μεθόδους στις οποίες βασίζεται. H τομογραφία διπλής ενέργειας δίνει την προοπτική της απόκτησης όχι μόνο ανατομικής, αλλά και λειτουργικής πληροφορίας από τις εξετάσεις αξονικής τομογραφίας. Αυτό το επιτυγχάνει χρησιμοποιώντας την εξάρτηση της
εξασθένησης των ακτίνων X μέσα στην ύλη από την ενέργεια των φωτονίων. Με αυτό τον
τρόπο, τα υλικά διαχωρίζονται σε αυτά που εξασθενούν τα φωτόνια με πολύ διαφορετικό
τρόπο σε διαφορετικές ενέργειες λόγω έντονου φωτοηλεκτρικού φαινομένου και σε αυτά που
η ενεργειακή εξάρτηση του συντελεστή εξασθένησης τους είναι λιγότερο έντονη (λιγότερη
συμμετοχή του φωτοηλεκτρικού φαινομένου στη συνολική εξασθένηση). Η πληροφορία αυτή
είναι χρήσιμη για την ταυτοποίηση της σύστασης υλικών, που ενώ είναι εντελώς διαφορετικά
σε χημική σύσταση, έχουν τον ίδιο αριθμό CT (CT number) σε συγκεκριμένη τάση
λειτουργίας της πηγής ακτίνων X.
Στην εκτεταμένη περίληψη αυτής της εργασίας, αρχικά γίνεται σύντομη αναφορά στην
εξάρτηση του συντελεστή εξασθένησης από την ενέργεια και πώς αυτή επηρεάζει τον ορισμό
του συντελεστή γραμμικής εξασθένησης για πολυχρωματικές ακτινοβολίες. Στη συνέχεια
ακολουθεί μια συνοπτική περιγραφή υλοποιήσεων της τομογραφίας διπλής ενέργειας καθώς
επίσης και των αλγορίθμων και των κλινικών εφαρμογών που είναι διαθέσιμες σήμερα.
Τέλος, περνώντας στην περιγραφή του κυρίως μέρους της διπλωματικής, ακολουθεί
συνοπτική περιγραφή της θεωρητικής και πειραματικής μελέτης της συμπεριφοράς διπλής
ενέργειας του ιωδίου, του ασβεστίου, του οστού και υλικών που προσομοιάζουν το μαλακό
και λιπώδη ιστό. Στη θεωρητική περιγραφή, η διπλωματική εστιάζει στις εξαρτήσεις του
συντελεστή γραμμικής εξασθένησης, πρώτα από τα χαρακτηριστικά του ίδιου του υλικού
(πυκνότητα, χημική σύσταση) και έπειτα από την ενέργεια των φωτονίων.
Ο προβληματισμός σχετικά με την εξάρτηση του συντελεστή εξασθένησης με την ενέργεια
έχει οδηγήσει συχνά σε τρόπους προσέγγισης και ορισμού ενός συντελεστή γραμμικής
εξασθένησης που να ανταποκρίνεται σε πολυενεργειακές δέσμες, όπως αυτές που
χρησιμοποιεί ο αξονικός τομογράφος. Ο συντελεστής γραμμικής εξασθένησης μιας
πολυενεργειακής δέσμης από ένα συγκεκριμένο υλικό, προσδιορίζεται είτε μέσω ενός
ισοδύναμου μονοενεργειακού συντελεστή εξασθένησης που να χαρακτηρίζεται από το ίδιο
half value layer (HVL) με την πολυενεργειακή δέσμη είτε μέσω ενός «τοπικού» συντελεστή
εξασθένησης. που για να προσδιοριστεί απαιτείται γνώση του φάσματος στην συγκεκριμένη
θέση και στο συγκεκριμένο υλικό. Η εξάρτηση του συντελεστή εξασθένησης από την
ενέργεια των φωτονίων ευθύνεται για τεχνήματα σκλήρυνσης δέσμης (beam hardening
artifacts).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/6155 |
| Date | 09 July 2013 |
| Creators | Κοντογιάννη, Λουκία |
| Contributors | Κωσταρίδου, Ελένη, Kontogianni, Loukia, Κωσταρίδου, Ελένη, Παναγιωτάκης, Γεώργιος, Καλογεροπούλου, Χριστίνα |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | English |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0129 seconds