Il TSRM e le nuove frontiere. dell imaging. Caratteristiche specifiche degli. scanners TCMS. La Tecnologia CT: processo logico dell acquisizione

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1 Belluno, 9-10 e dicembre 2005 La Tecnologia CT: processo logico dell acquisizione Il TSRM e le nuove frontiere dell imaging Emissione Rx Rivelazione Rx attenuati Trasformazione Rx in luce Fascio RX Collimatore Caratteristiche specifiche degli scanners TCMS Trasformazione luce in segnale elettrico Conversione analogico-digitale Ricostruzione dell immagine Rilevatore Images courtesy from: Neuroradiologia-Udine Siemens Medical Systems GE Medical Systems T.S.R.M. Gabriele Martina A.O.S. Maria della Misericordia - Udine FET Switching Array DAS Principali componenti La tecnica convenzionale Gantry Tubo Radiogeno Collimatori Detettori DAS Tavolo Consolle Acquisizione Consolle Elaborazione Computer Monitor Tastiera 1972: acquisizione immagine singola, matrice 80x80, 4 minuti x rotazione, 8 livelli di grigio L evoluzione 1 a generazione: ROTAZIONE TRASLAZIONE a singolo detettore ed emissione puntiforme 2 a generazione: ROTAZIONE TRASLAZIONE a detettore multiplo (tipicamente 16 detectors) 3 a generazione: ROTAZIONE in senso orarioantiorario (CT convenzionale), con successiva implementazione della tecnica spirale e multislice 4 a generazione: ROTAZIONE con anello esterno di detector per 360 Costosa, complicata e con una impossibile introduzione della tecnologia multislice Il sistema CT spirale Caratterizzato da una tecnologia (hardware e software) che gestisce l movimento simultaneo del complesso tubo-detettori-tavolo e determina un acquisizione di tipo volumetrico Rotazione continua Movimento simultaneo tavolo e rotazione del gantry durante l emissione

2 Il sistema CT spirale Principali innovazioni tecnologiche: Tecnologia Slip-Ring Tubo radiogeno con più elevata capacità di dissipazione termica Generatore alta tensione imbarcato nel gantry Detettori più efficienti (stato solido) Software dedicato per la gestione del movimento tavolo-gantry Il sistema CT spirale Vantaggi: Acquisizione di volume, utilizzo di software applicativi per la ricostruzione 3D Maggiore rapidità ( nuove applicazioni es. Angio-CT) Studi multifasici (fondamentale per alcuni organi: fegato, rene, pancreas) Ottimizzazione dei tempi di apnea per i pazienti Ottimizzazione della quantità somministrata di mezzo di contrasto Riduzione degli artefatti da movimento Verso la CT multislice Le esigenze cambiano: Il sistema CT multislice 2005: acquisizioni volumetriche, matrice 512x512, 0,35 secondi x rotazione (sub-secondo), voxel isotropico (sub-millimetrico), 64 (256) immagini x rotazione, 4000 livelli di grigio, software avanzato Maggiore rapidità di scansione Contenimento della dose Maggiore qualità dell immagine volumetrica e nuove applicazioni cliniche Unica esposizione per diverse esigenze cliniche Il sistema CT multislice: caratteristiche specifiche Geometria corta Tubo radiogeno ad elevata capacità termica Detettori sintetici a base ceramica Macchia focale e collimatori dinamici Controllo della dose Controllo e ottimizzazione somministrazione MDC Evoluzione continua dell hardware e del software Geometria corta La riduzione della distanza fuoco-isocentro aumenta la velocità di rotazione riduce le forze centrifughe aumenta la dose ai rilevatori, senza aumentare la dose all'oggetto sfrutta una radiazione emergente di potenza decisamente superiore, con una riduzione dei ma variabile dal 30 al 50%

3 Tubo radiogeno ad elevata capacità termica Detettori sintetici a base ceramica Tubo ad anodo rotante ad altissima velocità (9600 giri/min) Scambiatore olio-aria per raffreddamento integrato nel Gantry Macchie focali estremamente ridotte (0.6x x0.9 mm) che garantiscono ottima risoluzione spaziale a bassissimi mas Funzionamento del tubo radiogeno interamente gestito dal software Scintillatore Converte raggi-x In luce Photodiode Array Converte la luce in segnale elettrico Connettore Porta il segnale al DAS DAS - Data Acquisition System Converte i segnali analogici in digitali e inizia il processo di ricostruzione Courtesy Siemens Medical Courtesy GE Medical Systems Detettori a base ceramica Detettori sintetici a base ceramica Elevata capacità di conversione Ottima risposta dei fotodiodi Uniformità lungo l asse Z Alta stabilità Eccellente efficienza quantica: 40% segnale in uscita in più rispetto al GOS (Gadolinio Ossisulfide) e il doppio rispetto CdWO4 (Tungstato di Cadmio) La tendenza generale è di utilizzare detettori a matrice fissa: GE: max 64 strati x rot (0,35 sec) thickness 0,625mm Toshiba: max 64 strati x rot, (0,4 sec) thickness 0,5mm Courtesy Toshiba Medical System Macchia focale e collimatori dinamici Macchia focale Detettori Asse Z Collimatore dinamico Controllo della dose I software elaborati dalle case costruttrici si basano su due principi: Valutazione del profilo di dose dello scanogramma (Real EC-Toshiba, Smart Scan-GE) Valutazione del profilo di dose durante l acquisizione (Auto ma-ge, CARE Dose-Siemens)

4 Controllo della dose Controllo della dose I vantaggi sono notevoli: ridotta dose/esame (50%), viene utilizzata solo la dose necessaria alla produzione dell'immagine ridotto riscaldamento del tubo; il risparmio di dose implica una minore usura del tubo radiogeno Controllo della dose Controllo e ottimizzazione somministrazione MDC AP Scout LAT Scout I software elaborati dalle case costruttrici permettono il posizionamento di una o più ROI in un vaso di riferimento (Smart Prep-GE, Sure Start-Toshiba) Peak Enhancement 300 ma ma prescritti CT # Soglia di attenzione 150 ma ma istantanei ma medi R-LAT PA L-LATLAT AP Monitor Phase Scan Phase Posizione del tubo durante la scansione Tempo Il sistema CT multislice: il futuro convenzionale spirale volumetrica Il sistema CT multislice: il futuro ~50 µm ( voxels isotropici) Volumetric CT Standard CT ~0,5 mm ( voxels isotropici)

5 Il sistema CT multislice: il futuro Software di elaborazione TC: applicazioni cliniche ~270 µm ( voxels isotropici) MPR (Multi Planar Recostruction) Il software integrato permette di visualizzare immagini su qualsiasi piano, a partire da un dataset volumetrico acquisito per torace e addome (es.: nel paziente politraumatizzato) senza perdita di risoluzione spaziale MIP (Maximum Intensity Projection) Oltre alle classiche funzioni MIP, permette la sottrazione automatica delle calcificazioni e mette in evidenza il lume del vaso VR (Volume rendering) Definisce più classi di tessuto e per ognuna un pieno utilizzo dei parametri di rendering Il modello 3D viene ricostruito in tempo reale ad ogni modifica, consentendo ingrandimenti di mmagine senza perdita di risoluzione Le possibilita di tagli dinamici anteriori, posteriori e volumetrici completano le potenzialita di questo programma VR (Volume Rendering): vantaggi Elevata velocità di rendering Elevate potenzialità Flessibilità del software Software meno operatore dipendente

6 VR (Volume rendering): vantaggi Endoscopia virtuale Visualizzazione e navigazione automatica all interno di ogni cavita`: bronchi - orecchio medio colon - aorta - carotidi. Visualizzazione di placche calcifiche all interno del lume sanguigno contrastato. Placche calcifiche Endoscopia virtuale Il programma permette la colonscopia virtuale con sistema di navigazione automatica guidata Analisi dei vasi: ricostruzioni 3D Visualizza immagini n 3D (VR e MIP), multiplanari 2D misurazioni utomatizzate Quantifica il grado di tenosi Valutzione pre/post hirurgica Analisi dei vasi: elaborazione dei percorsi L'algoritmo di segmentazione crea i percorsi lungo l'albero vascolare ( in modo manuale o automatico) Analisi dei vasi: misurazione dei percorsi Permette un indagine quantitativa delle mmagini Distanza tra le strutture dell'immagine nel piano e nello spazio Lunghezza dei vasi anguigni (lunghezze curve) Sezioni trasversali di vasi Angoli tra vasi

7 Perfusione: parametri Il calcolo della perfusione esegue un'analisi pixel per pixel della curva di incremento all'interno dell'area identificata durante la segmentazione Il risultato di questo calcolo viene mappato in un gruppo di immagini parametriche che visualizzano vari aspetti della perfusione cerebrale Perfusione: parametri - CBF Blood Flow (BF) descrive il flusso di sangue erebrale o tumorale Unità di misura: ml per 100 g di tessuto l minuto l BF è il volume sanguigno diviso per il tempo di transito medio (BF=BV/MTT) Per la visualizzazione si utilizza una scala a tre olori (RGB) Perfusione: parametri - CBV Perfusione: parametri - MTT Blood Volume (BV) quantifica il volume di angue cerebrale o umorale Unità di misura: ml per 100 g di tessuto Per la visualizzazione si utilizza una scala di colori ntermedi Mean Transit Time (MTT) il tempo necessario al angue a percorrere il etto vasale cerebrale o umorale Unità di misura: secondi Per la visualizzazione si utilizza una scala di colori ntermedi Perfusione: parametri - PS Permeability Surface (PS) quantifica l alterata ermeabilità capillare nei umori Unità di misura: ml per 100 g di tessuto l minuto Per la visualizzazione si utilizza una scala di colori ntermedi Analisi del cuore: work flow Acquisizione Elaborazione Ricostruzione

8 Analisi del cuore: studio anatomico Analisi del cuore: analisi di volume e di ispessimento L Analisi di Volume ornisce informazioni elative a volumi entricolari, alla massa miocardica ai parametri unzionali volume ella gittata sistolica, frazione di eiezione gittata cardiaca L Analisi di ispessimento determina le variazioni ello spessore delle pareti del miocardio Conclusioni ourtesy GE Medical Systems GRAZIE PER L ATTENZIONE GRAZIE PER L ATTENZIONE L evoluzione tecnologica ha permesso tipologie di indagine fino a pochi anni fa impensabili ATTENZIONE! solo con una buona conoscenza è possibile sfruttare a pieno la tecnologia messa a disposizione