Introduction to Biological Imaging an der TU München

Karteikarten und Zusammenfassungen für Introduction to Biological Imaging im Elektrotechnik und Informationstechnik Studiengang an der TU München in Augsburg

CitySTADT: Augsburg

CountryLAND: Deutschland

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What does an x-ray imaging system consist of?

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Compton effect

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Attenuation photoelectric effect (what happens, energy balances)

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Bremsstrahlung

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Generation of X-Rays

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The different generations of x-ray CT

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Fourier gridding method

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Electromagnetic spectrum of x-rays

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What happens when X-ray radiation goes through a tissue?

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How does Hybrid PET-CT system works (Steps)

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How to increase contrast in soft tissues in x-ray imaging

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Limitation of x-ray imaging

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Introduction to Biological Imaging

What does an x-ray imaging system consist of?

– Source (x-ray tube)

– Patient

– Detector

Introduction to Biological Imaging

Compton effect

– Interaction with “free” electron (E_photon >> E_binding) = photon hits electron and goes in another direction (inelastic scattering)

– Scattered photon changes direction and loses energy

Introduction to Biological Imaging

Attenuation photoelectric effect (what happens, energy balances)

– Photon loses all of its energy by kicking an electron out of the shell: same as characteristic radiation.

– At the end photon out != photon in. E_photon > E_binding

– Interaction with bound atomic electron

– The energy of the photon is transmitted to the electron (E_phton > E_binding)

– Incident photon disappears: All of the energy of the incident photon consumed to hit rhe electron

Introduction to Biological Imaging

Bremsstrahlung

the electrons are “slowed down” by nucleus, the loss of energy is compensated by a photon emission E~E_electron, target atonms and d_elec-nucleus → continuous E-Spectrum

Introduction to Biological Imaging

Generation of X-Rays

The incident (fast) electrons interact with the inner electrons shells of the target (heavy) atoms and produce X-ray photons: (based on energy conservation).

Inner shell electron in ejected when E_electron > E_binding leaving a hole → outer shell electron replaces it → transition is emission of energy via photon.

Introduction to Biological Imaging

The different generations of x-ray CT

-Gen1: 1 detector, 1 source → both move linearly

– Gen3: many detectors, 1 source → only the source moves linearly

– Gen3: radial detectors structure, 1 source → both move circularly

– Gen4: radial detectors in a full circle, 1 source → only source moves circularly

– Gen6: helical movement around the body-

– Gen7: multiple raws of detectors along body

Introduction to Biological Imaging

Fourier gridding method

According to the Fourier slice theorem, the acquisition of views on a circular trajectory is equivalent to the radial sampling of the Fourier transform of the object.

From the samples on a polar grid we estimate the samples on a cartesian grid, and the reconstruction is performed by means of the 2D inverse Fourier transform.

Introduction to Biological Imaging

Electromagnetic spectrum of x-rays

* Wavelength = 10^-9 to 10^-10 m 

* Frequency = 10^17 to 10^18

* Energy = 10^2 to 10^4 eV

Introduction to Biological Imaging

What happens when X-ray radiation goes through a tissue?

Attenuation

Introduction to Biological Imaging

How does Hybrid PET-CT system works (Steps)

* X-Ray: a lot of contrast between bone and soft tissue → convert X-Ray to low resolution to meet PET resolution→ take the informationa about where which kind of tissue→ find right attenuation→ generate PET image→ overlap

* CT guides anatomically while X-Ray does not show where the tumor is since no functional molecular information,

Introduction to Biological Imaging

How to increase contrast in soft tissues in x-ray imaging

– Contrast agent (e.g. iodine)

– Dual-energy x-ray imaging

– Phase-contrast x-ra imaging

Introduction to Biological Imaging

Limitation of x-ray imaging

2D images affected by scattering of x-rays

Gradient

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