Strumentazione Biomedica 2. Tomografia computerizzata a raggi X - 2

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Gianmarco Mariano Campana
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1 Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 2

2 Sensori a semiconduttore Silicio drogato (p) Giunzione p-n Silicio (n)

3 Sensori a semicoduttore Movimento degli elettroni Movimento virtuale delle lacune

4 Sensori a semiconduttore Regione di svuotamento

5 Sensori a semiconduttore 10 µm V V/ x=10 4 [V/cm]

6 Sensori a semiconduttore fotone X V

7 Sensori a gas ionizzati fotone X Gas in pressione V

8 Le quattro generazioni di tomografi I generazione II generazione III generazione IV generazione

9 La tomografia spirale

10 Tomografia spirale multistrato

11 Dimensione della sezione

12 Matrice di recettori 20 mm Si possono avere elementi disposti in maniera quasi isotropa: 1mm x 1.25mm

13 Recettori di dimensione variabile Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia

14 Recettori di dimensione variabile

15 Collimazione del fascio Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni

16 Scelta della dimensione della ricostruzione E possibile scegliere anche dopo l acquisizione come utilizzare i dati: Acquisizione: 4x2.5 mm 4x2.5 mm Ricostruzione 2x5.0 mm 1x10.0 mm

17 Risoluzione isotropica

18 Pitch nella tomografia multistrato Pitch x = Escursione lettino Larghezza fascio Pitch d = Escursione lettino Larghezza detettore

19 Tomografia Cardiaca Nelle acquisizioni cardio TC esistono attualmente due differenti approcci: ECG Axial Prospective Gating Le acquisizioni vengono effettuate in assiale in sincronia con il segnale ECG del paziente ECG Spiral Retrospective Tagging Viene eseguita una acquisizione In spirale registrando contemporaneamente il segnale ECG. I dati vengono poi ricostruiti in modo sincrono al segnale registrato

20 Modulazione della corrente Corrente del tubo radiogeno Finestra di acquisizione Segnale ECG

21 ECG gating: ricostruzione retrospettiva

22 ECG gating: ricostruzione prospettiva Z 16x1.5mm 210 rotation Time

23 Gating vs non-gating Artefatti di movimento

24 Gating vs non-gating

25 Distribuzione della dose Per l acquisizione di una singola sezione D(z) T Z axis

26 Scattering Nell acquisizione di una di più sezioni si ha il contributo dovuto allo scattering D(z) Z axis

27 Dose media: Multiple Scan Average Dose (MSAD) MSAD è definita come la dose media, ad una determinata profondità, dovuta a un numero elevato di acquisizioni MSAD = 1 T T 0 D( z) dz D(z) Dose media: MSAD Z axis

28 CT Dose Index CTDI = 1 T 7T 7T D( z) dz CTDI è una stima di MSAD: Si definisce (secondo lo FDA) come la dose in ogni punto del paziente tenendo conto di 14 sezioni tomografiche

29 CT Dose Index CTDI si ottiene con un setup sperimentale che fa uso di un fantoccio di composizione e forma nota La dimensione è 16 cm (per misurare la CTDI della testa) o 32 cm (per misurare la CTDI del corpo)

30 CT Dose Index Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla superficie del fantoccio e combinate: 2 CTDI = CTDIcentro CTDI superficie

31 Dose di radiazione per scansione spirale Sezioni 3x2mm Sezione 1x6mm

32 Fattori che influenzano il dosaggio: velocità Spessore nominale della sezione Velocità nominale del lettino Dose nominale Velocità del lettino X2 Dose dimezzata

33 Fattori che influenzano il dosaggio: pitch D(z) z axis Aumentando il pitch si diminuisce la dose

34 Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione CT a sezione singola CT multistrato

35 Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni

36 Fattori che influenzano il dosaggio: mas La dose aumenta linearmente con mas del tubo radiogeno

37 Riduzione del dosaggio BB ma (rel) 100% AA Attenuazione Attenuazione aumentata aumentata 75% 50% Attenuazione Attenuazione ridotta ridotta 25% A B A B A La corrente viene variata in base all attenuazione attenuazione della rotazione precedente in modo da avere un segnale costante sui detettori La corrente cambia in tempo reale in base al distretto anatomico

38 Riduzione del dosaggio e qualità Diminuzione dei mas: Aumento del rumore Aumento del pitch Peggiore ricostruzione Incremento del passo assiale Introduzione di lacune nei dati

39 Artefatti: beam hardening Il fascio di raggi X non è monocromatico: Le componenti meno energetiche sono attenuate maggiormente, dunque si ha come risultato uno spettro con una frazione incrementata di raggi energetici. Caso policromatico Caso monocromatico

40 Artefatti: beam hardening Caso ideale Soluzioni: pre-elaborazione post-elaborazione Misure di µ Caso reale (sperimentale) Spessore di un mezzo omogeneo acquisizione multispettro

41 Artefatti: effetto di volume parziale Grosse sezioni tomografiche Strutture ad alto contrasto parzialmente incluse Sorgente di dimensione finita Campionamento discreto

42 Artefatti metallici I metalli bloccano quasi completamente i fotoni, Creando delle ombre nelle proiezioni

43 Artefatti da movimento θ=0 o θ=90 o Time varying phantom

44 Artefatti: effetto cono Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare Spirale Interpolazione Sezione ellittica simile al volume averaging

45 Artefatti: effetto cilindro Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha una sezione ellittica. Spirale Interpolazione Distorsione Shift di attenuazione

46 Il rumore: elettronica Amplificatori Convertitori analogico/digitale Gaussiano Media nulla Indipendente dal segnale

47 Il rumore: conteggio dei fotoni Modello del conteggio di fotoni: processo di Poisson Meno fotoni ho maggiore è l errore

48 Il rumore: conteggio dei fotoni Se µ=n la varianza è anch essa σ 2 =N L errore relativo diminuisce con N

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