Strumentazione Biomedica 2. Tomografia computerizzata a raggi X - 2

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1 Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 2

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

3 Acquisizione continua di dati (ricostruzioni in posizione lungo z arbitraria) Acquisizione spirale Scansione di volumi estesi in z in breve tempo, senza perdita di risoluzione longitudinale Acquisizione di più sezioni contemporanee

4 La tomografia spirale Scan di volumi estesi (torace, addome) richiedono collimazioni larghe per evitare artefatti da movimento Ricostruzione anisotropa: 5-8 mm lungo z mm lungo x e y

5 Tomografia spirale multistrato Velocità di acquisizione Scelta della risoluzione lungo z a posteriori

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

7 Evoluzione della tomografia multistrato Collimazione Tempo di rotazione Tempo di scansione di 35 cm mm 0.75 s 175 s strati strati 4 x 1 mm 0.5 s 29 s 16 x 0.75 mm 0.5 s 10 s strati 64 x 0.6 mm campionati a 0.3 mm 0.5 s 6 s

8 Geometria delle sezioni (cone beam) Le misure provenienti da sensori vicini non hanno raggi paralleli sorgente rivelatori Le misure provenienti da sfasamenti di 180 sono inconsistenti (tranne al centro) rivelatori sorgente

9 Geometria delle sezioni (cone beam) δs S = R ( M 1) FOV R F 1 R F δs R FOV S M

10 Recettori di dimensione variabile Il fascio conico introduce dimensioni diverse dal centro alla periferia lungo z.

11 Dimensione della sezione

12 Recettori di dimensione variabile

13 Collimazione del fascio (lungo z) Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni

14 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

15 Risoluzione isotropica

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

17 Doppio campionamento in z (2004) Focus position 1 2 S/2 asse z Due letture successive sono separate da ½ largezza della collimazione S

18 Doppio campionamento: vantaggi M=32 con collimazione S = 0.6 mm diventa equivalente a M=64 con collimazione S = 0.3 mm Soppressione degli artefatti da spirale (per ogni pitch) Campionamento lungo z costante di S/2 indipendente dal pitch Miglioramento della risoluzione al di fuori del centro del FOV

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 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 prospettiva Z 16x1.5mm 210 rotation Time

22 ECG gating: ricostruzione retrospettiva

23 Gating vs non-gating Artefatti di movimento

24 Gating vs non-gating

25 Distribuzione della dose Nell 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 è una stima di MSAD. Si definisce (secondo lo FDA) come la dose in ogni punto del paziente tenendo conto di 14 sezioni tomografiche. CTDI = 1 T 7T 7T D( z) dz CTDI si ottiene con un setup sperimentale con fantoccio di composizione e forma note. La dimensione è 16 cm (per misurare la CTDI della testa) o 32 cm (per misurare la CTDI del corpo). Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla superficie del fantoccio e combinate: 2 CTDI = CTDIcentro CTDI superficie

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

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

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

32 Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione Larghezza collimatore CT a sezione singola CT multistrato

33 Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni

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

35 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 misurata nella sezione precedente in modo da avere un segnale costante sui rilevatori La corrente cambia in tempo reale in base al distretto anatomico

36 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

37 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

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

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

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

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

42 Artefatti: effetto cono Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare in TC convenzionale. Spirale Interpolazione Sezione ellittica simile al volume averaging

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

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