Generasi CT Scan

 Perkembangan CT Scan sangat pesat. Dimulai dari generasi I yang hanya memiliki satu detector dan menggunakan berkas Pencil Beam, sampai yang sekarang ini sudah menggunakan Multi Slice Detector (MSCT) dan Dual Source CT (DSCT).

1. Generasi Pertama

• ·         Perintis   :  EMI, London, 1977
• ·         X-ray      :  pencil beam
• ·         Gerakan :  translate – rotate
• ·         Detektor :  single detector
• ·         Rotasi    :  180 derajat
• ·         Waktu    :  4,5 – 5,5 menit / scan slice 
• ·         Applikasi        :  head scan

Pada generasi pertama prinsip pergerakan tabung menggunakan prinsip yang dinamakan translation-rotation. Dimana pada generasi ini hanya memiliki satu detektor dan untuk menghasilkan satu scanning lengkap memerlukan waktu scanning 135-300s

Gambaran pergerakan tabung dan detektor pada generasi pertama :

 2. Generasi Kedua

Merupakan pengembangan dari generasi ke satu.

·         X-ray      :  narrow fan beam

·         Gerakan :  translate – rotate

·         Detektor :  multi detector ( 3-60)

·         linier array detector

·         Rotasi    :  180 derajat

·         Waktu    :  20 detik - 2 menit / scan slice

·         App        :  head scanner

CT scan generasi kedua masih menggunakan prinsip translation-rotation tapi yang membedakannya dengan generasi pertama pada generasi ini digunakan detektor berjenis series. Pada generasi ini waktu yang diperlukan untuk satu kali scanning paling cepat sebesar 5 – 150s.

Gambaran gerakan tabung dan detector pada alat CT Scan generasi kedua :

  3. Generasi Ketiga

Pengembangan dari generasi kedua.

·         X-ray      :  wide fan beam

·         Gerakan :  rotate – rotate

·         Detektor :  multi detector (10-280) curve array detector

·         Rotasi    :  360 derajat

·         Waktu    :  1,4-14 detik / scan slice

·         App        :  whole body scanner

           Generasi ketiga ini  antara pergerakan tabung dan detektornya menggunakan prinsip rotation. Dimana  bentuk dari detektornya setengah lingkaran. Lamanya waktu yang dibutuhkan untuk satu kali scanning pada generasi ini paling cepat sebesar 0,4 – 10s.

Gambaran gerakan tabung dan detector pada generasi ketiga :

4. Generasi Keempat

Pengembangan dari generasi III

• ·         X-ray      :  wide fan beam
• ·         Gerakan :  stationary-rotate system
• ·         Detektor :  multi detector (424-2400)
• ·         slip ring detector
• ·         Rotasi    :  360 derajat
• ·         Waktu    :  <10 detik / scan slice
• ·         App        :  whole body scanner

CT Scan generasi ini detektornya berbentuk seperti cincin yang dinamakan  ring. Sehingga hanya tabungnya saja yang berputar 360 derajat dan detektornya statis (diam). Waktu yang diperlukan untuk satu kali scanning selama 1 – 5s

Gambaran pergerakan tabung sinar-x dan detector :

 5. Generasi Kelima (Electron Beam Technique)

Pada Electron Beam Technique tidak menggunakan tabung sinar-x, tapi menggunakan electron gun yang memproduksi pancaran electron berkekuatan 130 KV. Pancaran electron difokuskan olehelectro-magnetic coil menuju fokal spot pada ring tungsten. Proses penumbukkan electron pada tungsten menghasilkan energy sinar-x.  Sinar-x akan keluar melewati kolimator yang membentuknya menjadi pancaran fan beam.  Kemudian sinar-x akan mengenai obyek dan hasil atenuasinya akan mengenai solid state detector dan selanjutnya prosesnya sama dengan prinsip kerja CT Scan yang lain.  Perbedaannya hanya pada pembangkit sinar-x nya bukan menggunakan tabung sinar-x tetapi menggunakan electron gun.

 6. Generasi Keenam (Spiral / Helical CT)

Akuisisi data dilakukan dengan meja bergerak sementara tabung sinar-x berputar, sehingga gerakan tabung sinar-x membentuk pola spiral terhadap pasien ketika dilakukan akuisisi data.

Pola spiral ini diterapkan pada konfigurasi rancangan CT generasi ketiga dan keempat.

Pengembangan dari generasi III dan IV

·         X-ray      :  wide fan beam

·         Gerakan :  stationary-rotate system

·         Meja bergerak dalam  terowongan gantry selama  scanning (spiral CT)

·         Detektor :  multi detector (424-2400)

·         slip ring detector

·         Rotasi    :  360 derajat

·         Waktu    :  <10 detik / scan slice

·         App        :  whole body scanner (multi slice, 3D, 4D)

             Gambaran pergerakan tabung sinar-x, detector dan meja pasien :

7. Generasi Ketujuh (Multi Array Detector CT / Multi Slice CT)

            Dengan menggunakan multi array detector, maka apabila kolimator dibuka lebih lebar maka akan dapat diperoleh data proyeksi lebih banyak dan juga diperoleh irisan yang lebih tebal sehingga penggunaan energy sinar-x menjadi lebih efisien.

8. Generasi Kedelapan (Dual Source CT)

Dual Source CT (DSCT) menggunakan dua buah tabung sinar-x dan terhubung pada dua buah detector. Masing-masing tabung sinar-x menggunakan tegangan yang berbeda. Yang satu menggunakan tegangan tinggi (biasanya sekitar 140 KV) dan tabung yang lainnya menggunakan tegangan rendah (sekitar 80 KV).  DSCT berguna untuk menentukan jenis bahan atau zat.

 

Dari perkembangan teknologi CT Scan dapat diperoleh indicator perkembangannya sebagai berikut :

• ·         Makin compact / ringkas komponennya
• ·         Makin cepat scanning time nya
• ·         Makin halus resolusinya
• ·         Makin banyak slice nya
• ·         Makin luas dimensinya
• ·         Makin banyak manfatnya
• ·         Makin kecil bahayanya.

Referensi : 

1. Siemens, Computed Tomography History and Technology, 2006

2. Kartawiguna, Daniel, Teknik Pesawat Pemindai Tomografi Komputer, 2010

3. Materi Kuliah D4 CT Scan, mata kuliah Teknik Pesawat CT dan Modalitas Imajing.

Bagi teman-teman yang ingin mendapatkan file ini dapat mendownload di : PERKEMBANGAN CT SCAN.PDF

Ilmu Pengetahuan yang bermanfaat adalah salah satu pahala yang tidak terputus.

Semoga ini dapat menjadi pahala yang tidak terputus buat kita semua.

Prinsip Dasar CT Scan.

Pada prinsipnya, Computed Tomography mengukur distribusi spasial (ruang) suatu kuantitas fisik yang akan diamati dari arah yang berbeda-beda dengan tujuan untuk merekonstruksi gambar yang bebas dari superimposisi.  Kuantitas fisik yang diukur adalah koefisien atenuasi (µ) dari obyek yang menyebabkan pelemahan intensitas sinar-x oleh obyek yang ditembus  oleh sinar-x tersebut.

Berkas sinar-x yang menembus suatu obyek akan mengalami pelemahan (kehilangan energy) yang diakibatkan oleh penyerapan oleh obyek dan penyebaran/penghamburan.

Penyerapan suatu jaringan sebanding dengan densitasnya.  Jaringan dengan kepadatan yang tinggi akan menyerap energy sinar-x lebih banyak sehingga pelemahannya menjadi tinggi dan sinar-x yang mampu diteruskan menjadi sedikit. Dan jaringan yang mempunyai kepadatan yang rendah akan menyerap energy sinar-x lebih sedikit sehingga pelemahannya menjadi sedikit dan sinar-x yang diteruskan banyak.

Rumus yang digunakan dalam energy  sinar-x :

I_t = I_o  .  e^-µt

µ = 1/t . ln I_o/I_t

Keterangan :

Io = Intensitas radiasi sebelum mengenai obyek.

It = Intensitas radiasi setelah mengenai obyek.

e = koefisien.

µ = koefisien serap linier bahan.

t = tebal bahan.

Dari rumus di atas didapat rumusan koefisien serap linier bahan.  Setiap bahan mempunyai koefisien nilai serap bahan yang berbeda-beda. Hal inilah yang menjadi patokan nilai dari bilangan CT (CT number). Hal inilah yang digunakan sebagai data  untuk prinsip kerja CT

Prinsip kerja dari alat CT-Scan adalah sebagai berikut :

·         sinar–x yang keluar dari tabung akan melewati celah sempit yang disebut kolimator. 

·         Sinar-x akan menembus organ dan mengalami atenuasi (pelemahan). 

·         Sinar-x yang menembus bahan akan mengenai detector, dan kemudian detector akan mengubah energy sinar-x menjadi energy cahaya.

·         Energi cahaya yang keluar dari detector akan digandakan oleh Image Intensifier.

·         Setelah itu cahaya tampak akan masuk ke dalam Photo Multiplier Tube (PMT) dan akan diubah menjadi sinyal listrik.

·         Sinyal listrik yang merupakan data analog akan di ubah menjadi data digital oleh ADC (Analog to Digital Converter).

·         Data digital dari ADC akan di akuisisi  ke dalam DAS (Data Acquisition System) dan dikirim ke CPU.

·         Pada CPU, data akan diolah dan direkonstruksi. Ada beberapa prosedur yang bisa digunakan dalam teknik rekonstruksi gambaran:

a.      Algebraic Reconstruction Techniques (ART)

Dilakukan pemecahan lebih dari 260.000 nilai µ tidak diketahui dengan mengukur atenuasi sekitar 1.400 pembacaan dengan sekitar 700 kanal detector.

Kekurangan : perhitungan dapat dilakukan hanya setelah sebuah rotasi penuh, pemindaian spiral menjadi tidak efektif.

b.      Convolution Backprojection Procedures.

Adalah sebuah teknik dengan proyeksi balik sederhana. Yaitu dengan mendata setiap proyeksi dan membalik proyeksi yang terjadi. Rekonstruksi yang didapat cukup baik dan cepat, namun masih kurang akurat. Kemudian dengan ditambahkan filter (Convolution Back Projection dengan filter/kernel) gambaran yang dihasilkan menjadi jauh lebih baik.

·         Dari CPU, data akan dapat  dikirim ke Monitor untuk ditampilkan, ke Memory Unit (storage) untuk disimpan, ataupun dikirim ke output devices lainnya untuk di cetak.

REFERENSI:
Materi Kuliah Program D4 Jurusan Teknik Radiografi.

Ilmu Pengetahuan yang bermanfaat adalah salah satu pahala yang tidak terputus.

Semoga ini dapat menjadi pahala yang tidak terputus buat kita semua.

Artefak Pada Pesawat CT Scan

A. Pendahuluan.

CT Scan adalah salah satu  modalitas dalam radiodiagnostik yang menggunakan sinar-x. Sinar-x memungkinkan orang pertama kali untuk melihat struktur dari tubuh manusia bagian dalam tanpa melakukan operasi / pembedahan. Namun sinar-x pada radiodiagnostik konvensional juga memiliki keterbatasan, yaitu, gambar yang dihasilkan merupakan superimposisi (overlap) dari obyek yang diamati dan juga tidak dapat menggambarkan jaringan lunak.

Teknik pencitraan CT sama sekali berbeda dengan teknik pencitraan radiologi biasa (konvensional). Computed Tomography atau CT adalah sebuah proses radiologi untuk menghasilkan gambaran dari potongan melintang (trans-axial) tubuh pasien.  Dua buah karakteristik baru yang ada pada gambar yang dihasilkan pada CT adalah peralatan digital yang menghasilkan gambaran digital dan gambar irisan mempresentasikan volume / informasi 3 Dimensi.

Namun meskipun CT Scan sudah menggunakan komputer dalam pencitraannya dan jauh lebih canggih daripada radiodiagnostik konvensional, namun ternyata masih saja tampak gambaran yang tidak diinginkan yang sebenarnya tidak ada hubungannya dengan objek yang diperiksa sehingga menjadi hal yang sangat serius karena sangat mengganggu pendiagnosaan.  Bahkan pada level tertentu membuat hasil gambaran tidak dapat didiagnosa sama sekali. Gambaran yang tidak diinginkan dan sangat mengganggu karena tidak ada hubungannya dengan penyakit dari obyek yang diperiksa disebut dengan artefak.

Untuk mendapatkan gambaran CT Scan dengan kualitas yang optimal, maka perlu juga kita mengetahui bagaimana artefak itu dapat terbentuk dan bagaimana pula cara menekan bahkan menghindari terbentuknya artefak.

B. Artefak.

Secara umum, artefak adalah kesalahan dalam citra (adanya sesuatu dalam citra) yang tidak ada hubungannya dengan objek yang diperiksa. Dalam CT Scan artefak didefinisikan sebagai pertentangan / perbedaan antara rekonstruksi CT Number dalam citra dengan koefisien atenuasi yang sesungguhnya dari objek yang diperiksa. (Seeram, 2001).

Dalam computed tomography (CT), istilah artefak diterapkan pada setiap perbedaan sistematis antara angka-angka CT pada gambar direkonstruksi dan koefisien serap linier (µ) objek.  Gambar CT Scan yang inheren lebih rentan terhadap artefak daripada radiograf konvensional karena gambar direkonstruksi dari sesuatu di urutan satu juta pengukuran detektor independen. Teknik rekonstruksi mengasumsikan bahwa semua pengukuran ini konsisten, sehingga setiap kesalahan pengukuran biasanya akan mencerminkan dirinya sebagai kesalahan dalam gambar direkonstruksi

Artefak pada pemeriksaan CT Scan terbagi menjadi beberapa macam, berdasarkan bentuk gambarannya, artefak dibedakan menjadi : 

1. Artefak berbentuk garis.

Umumnya artefak ini terjadi karena adanya inkonsistensi dalam pengukuran tunggal.

2. Artefak berbentuk shading.

Artefak ini disebabkan oleh beberapa chanel visual yang menyimpang dari pengukuran yang benar.

3. Artefak berbentuk cincin (ring artefak)

Artefak ini terjadi karena kesalahan dalam kalibrasi pada detektor.

4. Artefak berbentuk distorsi gambaran.

Artefak ini terbentuk akibat kesalahan interpolasi helix.

Sedangkan berdasarkan penyebabnya, artefak dapat dibedakan menjadi  :

1. Artefak akibat aspek fisika.

Artefak ini disebabkan karena adanya proses fisika yang terjadi pada saat proses akuisisi data pada pesawat CT Scan.

2. Artefak akibat aspek pasien.

Artefak ini terjadi karena adanya gerakan-gerakan dari tubuh pasien dan juga akibat adanya benda-benda yang menempel pada tubuh pasien.

3. Artefak akibat scanner.

Artefak ini terjadi akibat adanya kegagalan dalam proses scanner.

4. Helix dan Artefak Multisection.

Adalah artefak yang terjadi akibat interpolasi helix dan proses rekonstruksi.

5.   Multiplanar dan Rekonstruksi 3 Dimensi.

      Adalah artefak yang terjadi akibat proses rekonstruksi.

            Desain fitur yang dimasukkan ke dalam pesawat CT Scan modern meminimalkan beberapa jenis artefak, dan beberapa artefak bahkan dapat dikoreksi oleh perangkat lunak pemindai yang dimasukkan ke dalam program CT Scan. Namun, dalam banyak kasus, posisi pasien yang tepat  dan seleksi optimum parameter CT Scan merupakan faktor paling penting dalam menghindari artefak pada CT.

            Selanjutnya akan kita bahas  beberapa jenis artefak yang ada menurut penyebab terjadinya.

1. Artefak Akibat Aspek Fisika.

            Adapun yang termasuk artefak yang diakibatkan aspek fisika antara lain :

a)      Beam Hardening.

Beam hardening merupakan artefak yang berbentuk garis yang di sebabkan oleh perubahan komposisi spektrum sinar-X akibat adanya material yang lebih padat.

b)      Partial Volume.

Adalah artefak yang disebabkan adanya 2 jaringan / materi yang berbeda CT Number dalam satu pixel. Disebabkan tidak adanya korelasi yang tepat antara atenuasi dan absorbsi pada voxel yang tidak homogen.

c)      Foton Starvation.

Adalah suatu paket pencahayaan yang menyebabkan perpendaran, biasanya terjadi pada objek yang mempunyai tingkat atenuasi tinggi. Teknik untuk meminimalisasi photon starvation dengan automatic tube current modulation dan adaptive filtration.

d)     Under Sampling.

Interval sampling yang terlalu kasar menjadikan terjadinya misregistrasi oleh komputer dalam memberikan informasi yang berhubungan antara tepi yang halus dan objek kecil. Efek ini disebut aliasing.

2. Artefak Akibat Aspek Pasien.

            Artefak yang diakibatkan oleh pasien antara lain :

a)      Pergerakan oleh pasien

Pergerakan oleh pasien dapat menyebabkan shading artefak. Dapat diatasi oleh radiografer melalui cara komunikasi yang jelas ke pasien, immobilisasi dan waktu yang singkat. Artefak ini dapat diatasi dengan teknik overscan dan underscan mode, software correction dan cardiac gating.

b)      Metalic Material (Bahan Metalik)

Kehadiran benda logam di bidang scan dapat menyebabkan streaking artefak. Aretefak ini terjadi karena kepadatan logam adalah di luar kisaran normal yang dapat ditangani oleh komputer, sehingga profil atenuasi tidak lengkap.

c)      Incomplete Projection.

Jika ada bagian dari pasien terletak di luar field of view pada saat scanning, komputer akan memiliki informasi yang tidak lengkap yang berkaitan dengan bagian ini dan ini akan menimbulkan streaking artefak dan shading artefak.

3. Artefak Akibat Aspek Scanner.

            Artefak ini terjadi akibat proses scanner yang tidak sempurna. Yang termasuk jenis artefak ini adalah Ring Artefak.

a)      Ring Artefak.

Artefak ini disebabkan karena fungsi scanner yang tidak sempurna. Bentuknya berupa ring artifact yang diakibatkan dari kesalahan detektor pada saat membaca data. Biasanya hal ini terjadi pada detektor yang miscallibration. Hal ini dapat dicegah dengan cara kalibrasi ulang atau perbaikan detektor dan aplikasi software khusus.

4. Artefak Akibat Aspek Helical dan Multisection.

a)      Helical artefak di bidang axial (single section scanning)

Secara umum, artefak yang terlihat dalam sequence scanning terlihat pula di helical scanning. Namun, ada artefak tambahan yang dapat terjadi pada scaning helical yaitu  karena interpolasi heliks dan proses rekonstruksi. Artefak terjadi ketika struktur anatomi berubah dengan cepat dalam arah z (misalnya, di bagian atas tengkorak) dan akan  lebih buruk lagi untuk pitch yang lebih tinggi. Artefak ini terjadi akibat proses rekonstruksi dan posisi yang tidak tepat antara x-ray tube dan centre plane. Mengakibatkan terjadinya distorsi pada obyek. hal ini dapat diminimalkan dengan pemilihan pitch yg rendah dan slice thickness yang tipis.

b)      Artefak Helical di Multisection Scanning

Proses interpolasi heliks mengarah pada bentuk yang lebih rumit distorsi gambar aksial pada scanner multisection daripada yang terlihat pada scanner single-section. Tampilan kincir angin seperti khas artefak tersebut adalah karena fakta bahwa beberapa baris detektor berpotongan bidang rekonstruksi selama rotasi masing-masing. Seiring dengan peningkatan lapangan heliks, jumlah baris detektor memotong pesawat gambar per rotasi dan meningkatkan jumlah "baling-baling" di meningkat artefak kincir angin.

c)      Cone Beam Efek.

The cone beam effect potensial menyebabkan artefak pada CT Scan multislice. Ketika tabung dan detektor mengitari objek, data yang sama dikumpulkan oleh masing – masing detektor diisikan ke volume diantara dua cone, daripada bidang lurus yang ideal. Artefak lebih nyata pada baris detektor bagian luar daripada yang bagian dalam,

5. Multiplanar dan Rekonstruksi 3 Dimensi.

a)      Stair step artefacts

Stair step artefacts terlihat di sekitar tepi struktur pada rekonstruksi multiplanar dan 3D ketika kolimasi lebar dan interval rekonstruksi non-overlapping digunakan. Stair step artifacts secara virtual hilang pada rekonstruksi multiplanar dan 3D dengan irisan tipis CT Scan  multislice terkini.

b)      Zebra artefacts

Strip redup mungkin terlihat pada rekonstruksi multiplanar dan 3D pada helical, karena proses interpolasi helical memberikan peningkatan derajat noise yang tidak homogen sepanjang z-axis. Efek ‘zebra’ menjadi lebih nyata dari rotasi axis karena noise yang tidak homogen lebih buruk pada off axis.