SISTEMI DI ELABORAZIONE DELL INFORMAZIONE RADIOLOGICA Appunti per il Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e Radioterapia

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1 SISTEMI DI ELABORAZIONE DELL INFORMAZIONE RADIOLOGICA Appunti per il Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e Radioterapia Autori Vari: a cura di Fabio Pontiggia Tecnico di Radiologia Medica S.C. Neuroradiologia e Radiologia Interventistica S.S. Emodinamica E.O. Ospedali Galliera - GENOVA SOMMARIO PREMESSA 2 FORMAZIONE DELLE IMMAGINI RADIOGRAFICHE 6 IL CAMPIONAMENTO 8 CARATTERISTICHE DELL'IMMAGINE DIGITALE 11 TIPI DI IMMAGINI DIGITALI 13 ALGORITMI DI COMPRESSIONE E FORMATI BITMAP 15 IMMAGINI 3D 20 ACQUISIZIONE DELLE IMMAGINI 26 OUTPUT DI VISUALIZZAZIONE 31 ELABORAZIONI GRAFICHE DELLE IMMAGINI 36 LO STANDARD DICOM 40 I SISTEMI INFORMATIVI IN RADIOLOGIA 41 TECNOLOGIA WEB E IMMAGINI MEDICHE 65 STORIOGRAFIA 70 GLOSSARIO 72 LINKS DAL SITO DELLA RADIOLOGIA DELL'UNIVERSITÀ DI SIENA 77 APPENDICE: ELABORAZIONI DI BASE DI IMMAGINI CON PROGRAMMI DI FOTORITOCCO 82

2 Premessa Questa mia breve panoramica di argomenti riguardanti la Radiologia Digitale non vuole, e né potrebbe essere, esaustiva: la materia è troppo vasta, articolata e in continuo sviluppo per esaurirla in poche pagine. Viene perciò presentata una serie di articoli di autori italiani sul web, i cui testi e immagini sono stati in gran parte elaborati, aggiornati e messi insieme allo scopo di offrire un piccolo riepilogo del mondo digitale nella Radiologia. La scelta di Internet come fonte principale di informazione risiede nella natura stessa dell argomento (la Radiologia Digitale e la Rete sono, in pratica, inscindibili), e nella sua eccezionale capacità di produrre e distribuire informazione: è, infatti, una risorsa di facile accesso, costantemente aggiornata, a diffusione mondiale e interattiva, tutte doti che pongono Internet come il principale supporto di condivisione e sviluppo della conoscenza. Sono stati preferiti autori italiani a quelli stranieri non solo per evidenti motivi linguistici, ma anche per la notevole quantità e qualità del materiale informativo prodotto. I Tecnici di Radiologia sono in questo protagonisti, proponendosi così come la principale categoria del settore capace di coniugare le conoscenze medico-radiologiche e l'utilizzo di tecnologie avanzate. Solo cercando, però, di tenere sempre l uomo al centro del nostro lavoro, senza cadere in uno sterile tecnicismo fine a se stesso, potremmo conseguire l obiettivo principale della nostra professione: contribuire in maniera decisiva al miglioramento della salute di moltissime persone. Fabio Pontiggia " il Tecnico Sanitario di Radiologia Medica (TSRM) svolge logicamente un ruolo di significativo peso professionale, considerato che è questa la sola figura professionale sanitaria che in collaborazione diretta con il medico radiologo, per formazione, ha acquisito l adeguata preparazione per affrontare l imaging diagnostico " Gruppo di studio SIRM-TSRM sulla Teleradiologia Tubo di Coolidge 2

3 Dagli anni '70, con la diffusione delle prime macchine per tomografia assiale computerizzata, si è assistito ad un'evoluzione sempre più veloce delle modalità con cui si acquisiscono, si conservano e si analizzano le immagini che servono come base per la diagnosi medica. Differenza sostanziale che si è avuta è stato il passaggio da informazioni analogiche, statiche e bidimensionali come quelle date dalla normali immagini radiografiche ad informazioni numeriche, eventualmente dinamiche e spesso contenenti informazioni tridimensionali. L'elemento determinante che ha permesso quest evoluzione è stata la transizione da sistemi basati su pellicola a sistemi basati su computer. Conseguenza di questo sviluppo, è stata la necessità di generare degli algoritmi e delle metodologie di interpretazione dei dati acquisiti che simulino al meglio la conoscenza del radiologo (che resta a tutt'oggi il più efficiente sistema di elaborazione dei dati medicali conosciuto). La radiologia convenzionale è rimasta per decenni l'unica metodica d'indagine disponibile ed è ancora oggi la più utilizzata nel settore della diagnostica per immagini. Con la Tomografia Assiale Computerizzata inizia l'era della Radiologia Digitale che prosegue con l'introduzione dei nuovi sistemi di acquisizione e trattamento dell'immagine digitale e ormai affermata in campo vascolare e cardiaco. E pertanto lecito chiedersi quale sarà il futuro della Radiologia Digitale applicata a quei settori della Radiodiagnostica generale che basano le tecniche di indagine essenzialmente sull'uso delle cassette radiografiche. Realizzare sistemi di detezione adeguati che garantiscano un reale guadagno in termini di qualità diagnostica rispetto alle tecniche convenzionali ricorrendo a strutture impiantistiche delicate e sofisticate, ha causato un ritardo nella diffusione della nuova tecnologia digitale rispetto alle previsioni degli anni ottanta. Tuttavia la Radiologia Digitale è destinata ad estendersi a tutti i settori della Radiologia con rimarchevoli conseguenze sul piano diagnostico, funzionale, organizzativo e gestionale, soprattutto alla luce delle acquisizioni tecnologiche più recenti ed ai vantaggi derivanti dal trattamento e archiviazione delle immagini. E ancora prematuro affermare che le tecniche digitali sostituiranno quelle tradizionali, specie se si considerano quei settori di indagine caratterizzati dalla necessità di un elevata risoluzione di dettagli ad alto contrasto, oppure in termini di rapporto costo/beneficio diagnostico.* Certo è che la rivoluzione tecnologica comporterà cambiamenti integrali nei protocolli operativi di tutto il personale dei servizi di Radiologia. * Scritto nel Oggi (2006) la radiologia digitale sta soppiantando quella tradizionale, almeno nei paesi tecnologicamente più evoluti, anche in quei campi come ad esempio la mammografia dove l esigenza di dettaglio è altissima. 3

4 L IMAGING MEDICALE Obiettivo dell'imaging medicale (non solo radiologico) è quello di ottenere il massimo di informazione dall'oggetto, il paziente, per essere poi comunicata ad altri attraverso una codifica diagnostica. Il paziente può essere considerato come una struttura chimico-fisica complessa distribuita nello spazio e variabile nel tempo. Ogni metodologia d'indagine "vede" parte delle proprietà dell'oggetto indagato: la diagnostica radiologica vede le proprietà di attenuazione alla radiazione X; la diagnostica ultrasuonografica vede le proprietà di riflessione e trasmissione delle onde sonore; la diagnostica a risonanza magnetica per immagini vede le proprietà magnetiche dell'oggetto e le proprietà di legame fra le molecole; la diagnostica a risonanza magnetica per spettroscopia vede le proprietà magnetiche dell'oggetto e la distribuzione di particolari isotopi; la metodologia che impiega farmaci marcati con radioisotopi vede le proprietà funzionali dei vari organi; L'informazione raccolta sotto forma di immagine bidimensionale è ovviamente una compressione ovvero una riduzione dell'informazione contenuta nell'oggetto. Ecco quindi la tendenza attuale, tecnologia permettendo, di ottenere immagini tridimensionali a più alto contenuto informativo (almeno a priori). Lo schema precedente riassume il principio generale, valido per tutte le metodiche, per l'ottenimento dell'informazione dal paziente: 1. un fascio di raggi X, onde elettromagnetiche o onde sonore, secondo la metodica, incide sull'oggetto, 2. un sotto insieme, molto ridotto e selezionato, del contenuto informativo è raccolto dal rivelatore. Al segnale proveniente dall'oggetto si sommano rumore ed artefatti nonché fenomeni di non linearità e distorsione, 3. il riproduttore acquisisce dal rivelatore (o direttamente attraverso linee di segnale elettrico o in modo indiretto) il contenuto informativo che si trasforma in immagine attraverso un opportuno trattamento (sviluppo e fissaggio nel caso di pellicole radiografiche). L'immagine può essere presentata e memorizzata in vari modi: su pellicola su carta su video su memoria digitale. Le immagini digitali sono dei veri e propri file informatici che sono archiviati nel computer dell apparecchio e possono essere aperti, copiati e trasferiti come ogni supporto informatico. I vantaggi più importanti delle immagini digitali sono: 1. possibilità di modificare a posteriori le caratteristiche iconografiche delle immagini, principalmente la densità e il contrasto, senza dover ripetere l esame, quindi risparmio di dose radiante rispetto alle pellicole tradizionali, 2. archiviazione rapida in minimo spazio (CD-ROM, DVD, nastri magnetici ecc.) e recupero in tempi brevissimi, 3. possibilità di teletrasmissione via cavo o Internet in maniera molto semplice, realizzando consultazioni e discussioni di casi da parte di esperti a distanza ("teleradiologia"). Nelle applicazioni più avanzate i sistemi digitali consentono, partendo da sezioni TC o RM contigue di un distretto del corpo, di ottenerne la ricostruzione secondo piani differenti o la creazione di modelli tridimensionali; per esempio, partendo da pacchetti di sezioni TC di organi cavi è possibile ottenerne la ricostruzione virtuale del lume e delle sue pareti interne grazie a sofisticati programmi di modellazione e di rendering ("endoscopia virtuale"). 4

5 Se l'immagine è digitale allora è possibile l'elaborazione dell'immagine stessa: si tratta sostanzialmente di filtrazioni spaziali, di contrasto ed eventualmente temporali. A questo punto l'osservatore umano ha il compito di interpretare l'immagine per estrarne l'informazione cercata. Questo è possibile se: 1. l'informazione è effettivamente contenuta nell'immagine (esposizione corretta e mirata), 2. la conoscenza dell'osservatore è tale da interpretare l'immagine; ovvero se l'esperienza di lettura è sufficiente, 3. l'ambiente esterno non influisce negativamente; ovvero se la luminosità e la rumorosità dell'ambiente è molto limitata. Il sistema visivo umano (SVU), che è un sistema analogico, a sua volta effettua una filtrazione dell'immagine. Ha dei limiti intrinseci, infatti: riesce a distinguere meno di 20 livelli di grigio, ha una risoluzione spaziale limitata dalle dimensioni dei bastoncelli e granuli, ha una risposta spettrale alla luce che non è costante su tutto lo spettro, la risposta non è lineare in funzione dell'intensità della luce e dipende dalla direzione di questa. Non tutta l'informazione contenuta nell'immagine può essere utilizzata dal SVU. Una pellicola radiografica convenzionale può contenere fino a 200 volte più informazione di una pellicola ottenuta con sistema digitale; ciò nonostante l'informazione utile al SVU è confrontabile. Infatti, la quantità di informazione contenuta nell'immagine, che è elevata, è ridotta ad una quantità estremamente ridotta. Immagine di Risonanza Magnetica 5

6 FORMAZIONE DELLE IMMAGINI RADIOGRAFICHE La diagnostica radiologica richiede la creazione di immagini radiografiche, che rendano visibili le modificazioni indotte dal corpo umano sul fascio di raggi x: è su queste immagini che il radiologo formula la propria diagnosi. Le immagini sono ottenute utilizzando delle strutture, chiamate rivelatori, capaci di convertire il segnale dei fotoni x, non visibili, in un immagine visibile. Da un punto di vista operativo generale esistono due tipi di tecniche: 1. Computed Radiography (CR): l elemento sensibile, basato su una matrice di fosfori fotostimolabili a memoria, sostituisce la pellicola all interno di una cassetta radiografica del tutto equivalente a quelle tradizionali, e come nel sistema convenzionale la generazione dell immagine avviene in due fasi distinte di esposizione e di lettura (sviluppo). 2. Direct Radiography (DR): il sistema di detezione (rilevazione + conversione) è inserito all interno del tavolo radiografico e l immagine è immediatamente disponibile al termine dell esposizione. Di ogni rivelatore importa valutare l'efficienza e il potere di risoluzione: l efficienza, esprime la capacità del sistema di fornire un immagine sufficientemente luminosa perché l'occhio umano possa valutarla ai fini diagnostici. Aumentando l'efficienza del rivelatore si riduce la dose di radiazioni da impartire al paziente per ottenere un immagine diagnosticamente valida; il potere di risoluzione, esprime invece la fedeltà di trasferimento dell'informazione spaziale (dettaglio) da parte di un sistema di rivelazione. Aumentando il potere di risoluzione aumenta la finezza dell'immagine e quindi, in molti casi, aumenta la precisione diagnostica. Le immagini radiografiche si suddividono inoltre in: immagini cinetiche o dinamiche, che rappresentano in tempo reale l'esame eseguito e il movimento degli organi; immagini statiche, che forniscono un documento stabile del quadro interno del corpo umano e che possono essere acquisite anche durante un indagine dinamica. Le immagini di tipo cinetico o dinamico richiedono l'utilizzo di un sistema per radioscopia, basato sull'impiego un rivelatore che fornisce luce in corrispondenza dei punti in cui riceve raggi X. In passato si usavano lastre ricoperte da sostanze fotoemittenti poste direttamente di fronte al paziente lungo il cammino dei raggi e osservate al buio. Oggi questi sistemi, poco efficienti e fortemente irradianti, sono stati completamente abbandonati e sostituiti dall'abbinamento della lamina fotoemittente e da un fotomoltiplicatore (amplificatore di brillanza) il cui segnale luminoso di uscita è raccolto da una videocamera e trasmesso via cavo. Si ottiene così con la "radioscopia televisiva" la protezione totale dell'operatore e una notevole riduzione della dose radiante al paziente, che viene quasi sempre esaminato in una sala schermata a- diacente utilizzando apparecchi telecomandati. Le immagini statiche sono ottenute impiegando, nella maggior parte dei casi, delle pellicole radiografiche: queste non sono altro che pellicole fotografiche in bianco e nero emulsionate su entrambe le facce. Poiché le pellicole sono assai più sensibili alla luce che alle radiazioni x, questa proprietà è utilizzata esponendole insieme a due lamine fotoemittenti (schermi di rinforzo) contenute in una scatola protettiva a tenuta di luce detta "cassetta radiografica". Buona parte dell'esposizione e dell'annerimento della pellicola sono determinati in questo modo non dall'azione diretta dei raggi x ma dalla luce emessa dagli schermi di rinforzo quando sono colpiti dai raggi: impiegando in particolar modo schermi di rinforzo ad alta sensibilità ed efficienza (schermi alle "terre rare"), è stato possibile ridurre fortemente la dose di radiazioni somministrata al paziente. 6

7 IMMAGINI ANALOGICHE E DIGITALI Sistemi di elaborazione dell informazione radiologica Le immagini sono usate in medicina come strumento utile per raggiungere la diagnosi in quanto possono consentire il riconoscimento da parte del radiologo di uno stato fisiologico o patologico. Le immagini diagnostiche sono definite come la rappresentazione grafica di un segnale che proviene dal paziente in modo spontaneo o in seguito all'applicazione di uno stimolo, la cui sorgente può essere esterna o interna nei confronti del paziente stesso. Esse sono comunemente suddivise in immagini analogiche e immagini digitali: le immagini analogiche sono caratterizzate dal fatto che il rivelatore del segnale proveniente dal paziente è anche il supporto sul quale direttamente l'immagine si forma e che ne consente la visualizzazione. L'esempio più diffuso di immagine analogica è quella radiografica, per la quale il supporto è rappresentato dalla pellicola. Quest'ultima, in rapporto alla sua non volatilità (il segnale rilevato e visualizzato sotto forma di immagine è stabile nel tempo) può essere impiegata anche come mezzo di archiviazione. Altro esempio di immagine analogica è quella che si forma sul monitor televisivo di un sistema di radioscopia: in questo caso l'immagine è resa fruibile in modo dinamico. Il monitor dal canto suo, è un ottimo supporto per la visualizzazione di immagini in movimento, ma non può ovviamente avere alcun ruolo nell'archiviazione delle immagini; le immagini digitali sono caratterizzate dal fatto che il segnale, prima di essere utilizzato per la generazione dell'immagine, subisce un processo di quantizzazione, in modo che solo un numero discreto di valori possa essere rappresentato sull'immagine finale. Le immagini digitali si distinguono secondo che siano acquisite all'origine con sistemi digitali o siano il risultato di una conversione analogico - digitale da pellicole radiologiche o da immagini video. Anche le immagini di radiologia convenzionale, se sottoposte a tale conversione, possono quindi essere trasformate in digitali dopo la loro acquisizione, e vengono in questo caso definite digitalizzate. La conversione analogico - digitale consiste, allo stato attuale, nell'applicazione di un campionamento, che definisce la risoluzione dell immagine digitalizzata, e di una quantizzazione della scala dei grigi. Quest'ultima è ritenuta responsabile della significativa perdita di qualità dell'immagine cui si assiste passando da un immagine analogica al suo corrispettivo digitalizzato. 7

8 IL CAMPIONAMENTO La maggior parte delle immagini provengono da strumenti analogici: la porta d'ingresso di questi programmi e immagini nel mondo digitale è costituito da un apparecchio chiamato campionatore o meglio convertitore analogico/digitale (ADC, Analog to Digital Converter). E' una circuitazione che "scansiona" l'immagine, la percorre tutta, misurando per ciascun punto la luminosità e il colore. L'immagine in bianco e nero può essere considerata la somma di una certa quantità di zone chiare e scure. L'operazione di scansione consiste nell'attribuire un certo valore di grigio o di colore all'immagine. In pratica si "misura" la distanza, cioè la differenza di intensità luminosa dal nero al bianco, caratteristica di ciascun punto dell'immagine. Alla fine, non si ha più l'immagine, ma una fila di numeri, che corrispondono all'immagine. Questa fila di numeri rappresenta l'immagine digitalizzata: attribuendo il colore grigio a ciascuno di questi numeri, si può riottenere l'immagine originaria. Le caratteristiche fondamentali di una digitalizzazione dell'immagine in bianco e nero sono due: il numero di misurazioni, il numero dei singoli valori di grigi che può assumere ciascuna immagine. Più misurazioni si fanno, più accurata sarà la conservazione dell'immagine. Ne consegue che per trasportare un'immagine con buone definizione, servono molte misurazioni. Se il numero di misurazioni è troppo basso, si perde nitidezza e definizione. Da qui l'importanza fondamentale di avere un grande numero di misurazioni al secondo. 8

9 Un immagine in bianco e nero è costituita da una serie di a- ree di tonalità compresa tra il bianco e il nero. Se "leggiamo" l'immagine lungo delle linee orizzontali (scansione) possiamo vedere che vi è una variazione lineare di grigi. Ad esempio, in corrispondenza delle freccia, si vede lo sfondo nero, poi il braccio della ballerina che diviene sempre più chiaro, poi torna scuro e si va verso il nero dello sfondo La sezione indicata dalla freccia potrebbe essere quella estratta" in A. La curva in B descrive bene l'andamento della luminosità: quando nella figura si va verso il bianco la curva sale, quando va verso il nero la curva scende. Questo è un segnale ANALOGICO, perché è analogo all'andamento della luminosità. E' abbastanza facile da ottenere: vi sono dispositivi che emettono un segnale più forte quando sono illuminati maggiormente e viceversa. Per ottenere il segnale digitale, si "misura" il segnale analogico, come in C. Si ottengono, in fig. D, dei numeri che sono i valori che si incontrano quando la curva "cade" in un momento in cui si misura. Questi numeri ( ) sono portati per semplicità perché in genere si usa il sistema binario (qui a lato) che permette di registrare solo una serie di 0 e di 1 (esemplificati da quadrati neri e bianchi). E' chiaro che sia il numero di misurazioni al secondo che i singoli valori di grigio che possono assumere queste singole misurazioni incrementano le dimensioni dell'immagine. U- n'immagine con 10 righe e 10 misurazioni per riga dà 100 misurazioni, una con 625 righe e 820 misurazioni per riga (sono i valori massimi consentiti dal PAL) si avrebbero oltre mezzo milione di misurazioni. 9

10 Notare come la prima e la seconda misurazione "vedono" lo stesso valore, e si trasportino quindi i valori di una linea diritta piuttosto che un avvallamento. Con misurazioni più fitte (come sotto) si raccoglie invece ogni variazione di luminosità in modo corretto Quindi, un aumento della frequenza di campionamento (numero di misurazioni al secondo) aumenta la precisione con cui si "legge" l'immagine. Queste sono misurazioni, e non valori. Ciascuno di questo mezzo milione di punti può, infatti, assumere un certo numero di valori: nero, grigio scuro, grigio più chiaro... Attribuendo 64 possibili valori ciascuno (= una scala di grigi di 64 tonalità) ecco che per ciascuna immagine occorrerebbe registrare quasi 33 milioni di valori, relativi alla sola immagine in bianco e nero. Se si considera che mancano i valori relativi al colore, e dei segnali come i sincronismi ecc, già da questo si vede l'importanza della compressione dei dati, di cui parleremo in seguito. 10

11 CARATTERISTICHE DELL'IMMAGINE DIGITALE L'immagine digitale può essere definita quindi come una tabella bidimensionale di numeri interi non negativi, ciascuno dei quali può essere rappresentato all'interno di una casella. L'immagine digitale può cioè essere vista come una griglia, un reticolo di quadratini, denominati pixel (picture element) o punti (dot), all'interno di ciascuno dei quali è allocato un numero che esprime il valore del parametro considerato in quel punto; nella rappresentazione geometrica il pixel assume la forma di un piccolo quadrato nel contesto del quale la gradazione di grigio o la tonalità di colore riprodotta è uniforme. L'insieme dei pixel o punti è definito matrice. Le dimensioni della matrice definiscono il numero dei pixel per ognuna delle assi cartesiane: es. 256x256, 512x512, etc. Questi particolari valori numerici derivano dal fatto che tutte le scale informatiche non si basano sulla matematica decimale, bensì su quella binaria, che ha per unità elementare il bit (binary digit). Questo, essendo fisicamente determinato da un microcircuito in cui passa o non passa corrente, può assumere solo due valori: 0 oppure 1. I multipli del bit codificano perciò numeri che sono potenze di 2. Ad esempio il più usato, il Byte, è una stringa di 8 bit che può codificare 256 diversi valori (da 0 a 255). Il pixel è quindi la più piccola regione dell'immagine che può avere un determinato valore numerico espresso in termini binari. Perciò l'immagine digitale risultante è data da un insieme bidimensionale di numeri interi f (x, y), dove x identifica le righe e y le colonne all'interno di una matrice. 11

12 E evidenziato il pixel X10 Y20 Il numero delle righe e delle colonne è rilevante per la definizione della qualità dell'immagine: infatti, tanto più ampia è la matrice, tanto maggiormente l'immagine computerizzata si avvicina alla realtà (nel caso delle immagini digitali) o all'immagine analogica originale (nel caso delle immagini digitalizzate). Nelle immagini digitali, il valore funzionale del pixel (cioè il livello di grigio) varia in funzione delle diverse proprietà fisiche delle strutture che compongono il campione studiato. Il secondo aspetto che dovrebbe essere valutato nel considerare le immagini digitali è l'intervallo di valori che il pixel può avere. Questo intervallo può essere di (8 bit), (10 bit), o (12 bit). Tanto più alto è il numero di bit disponibile per la rappresentazione della scala dei grigi, tanto migliore è il range dinamico dell'immagine, o in termini radiologici, la sua risoluzione di contrasto. Moltiplicando il numero globale di pixel contenuti nell'immagine per il numero di bit sfruttati per rappresentare i diversi livelli di grigio in ogni pixel, si ottiene il numero di bit necessari per la codifica di un'immagine. Dato che le immagini di qualità elevata sono usualmente di matrice ampia ed hanno un notevole range dinamico, al fine di ridurre i problemi di ordine pratico di memorizzazione dei dati, sono stati proposti diversi metodi di compressione. In funzione della possibilità di ottenere di nuovo immagini di qualità pari a quella originaria, tali metodi sono stati classificati in: metodi di compressione non distruttiva (error free encoding), che sono rappresentati da tecniche molto vantaggiose nel caso di immagini vettoriali, quali grafici e immagini sintetiche, purtroppo non altrettanto valide per le immagini radiologiche (in questo caso il rapporto di compressione di solito non va oltre 1: 3); metodi di compressione distruttiva, che sono estremamente efficienti e permettono di utilizzare elevati rapporti di compressione ma che introducono una distorsione nelle immagini decodificate. 12

13 TIPI DI IMMAGINI DIGITALI Sistemi di elaborazione dell informazione radiologica Le immagini digitali sono classificate in due categorie: immagini bitmap, immagini vettoriali. Comprendere la differenza esistente tra questi due tipi di immagine risulta utile quando si creano e si modificano le immagini che, come ogni altro tipo di dato, quando vengono salvate su disco sono memorizzate in un file. Sebbene esistano moltissimi differenti formati, le immagini possono essere sempre classificate in due grandi categorie: le immagini bitmap gestite da programmi di grafica pittorica (paint) e le immagini vettoriali gestite dai programmi di grafica vettoriale (draw). Immagini bitmap Le immagini bitmap, chiamate anche immagini raster, utilizzano una griglia o retino di piccoli quadrati, detti pixel, per rappresentare le immagini. A ciascun pixel di un immagine bitmap sono assegnati una posizione specifica ed un valore di colore: infatti il file dell'immagine contiene per ciascun pixel informazioni relative alla sua posizione ed al suo colore. Ad esempio, un cerchio di tre centimetri situato nell angolo inferiore sinistro della pagina è composto da un insieme di pixel presenti in quella posizione, che sono colorati in modo da far apparire un cerchio. Quando si lavora con immagini bitmap si modificano gruppi di pixel invece che oggetti o forme. I vantaggi di questo tipo di grafica consistono nel fatto che lavorando con i singoli pixel si possono ottenere effetti simili a quelli della pittura e grafica tradizionale (pennello, aerografo, matita, carboncino), eccellente per dare un'illusione di transizione graduale fra i colori, il che lo rende migliore per le foto e le immagini realistiche (e le immagini radiografiche). I programmi di fotoritocco, per esempio, funzionano con immagini a punti, e i ritocchi sono appunto possibili punto per punto. D altra parte l immagine si può ingrandire (su monitor o in stampa) solo ingrandendo la dimensione del pixel, che può diventare visibile, fino a creare effetti sgradevoli (pixelizzazione). Inoltre per elaborare (spostare, modificare, cancellare) una parte dell immagine occorre letteralmente selezionare alcuni pixel e spostarli, indipendentemente da quello che rappresentano. La zona in cui erano rimane vuota, e i pixel vanno a sovrascrivere permanentemente quelli che si trovavano nella posizione di arrivo. Nel ruotare una immagine bitmap, i pixel vengono risistemati in modo che l immagine appaia ruotata; ma, a meno che la rotazione non sia stata di 90 o multipli, la rotazione è solo un approssimazione dell immagine originale. Gli svantaggi di questi tipi di immagini sono che occupano molto spazio, rappresentando un numero fisso di pixel risulta che se sono ridimensionate a video o se sono stampate ad una risoluzione superiore a quella per cui sono state create, ovvero quando si devono fare ingrandimenti, l'immagine sfoca perdendo in qualità e formando i tipici bordi a zig zag. 13

14 Immagini vettoriali In un file che contiene un'immagine vettoriale gli elementi che compongono l'immagine sono definiti mediante formule matematiche e consistono di linee e curve chiamati vettori. Un quadrato, per esempio, viene descritto in termini dell'area che copre, della lunghezza e dello spessore delle sue linee, dalla sua posizione e cosi via. Un file così strutturato occupa ovviamente molto meno spazio rispetto ad un file in formato bitmap. L'immagine, per essere visualizzata o stampata, viene ricostruita in base alla descrizione presente nel file. Ad esempio, quando disegnate un cerchio di tre centimetri in un programma vettoriale, il programma crea il cerchio basandosi sulla sua forma e sulle sue dimensioni. Si può quindi spostare, ridimensionare o cambiare il colore del cerchio senza perdere la qualità dell immagine; possono, quindi, essere ingrandite o deformate senza che si creino linee a zig zag,. Le immagini vettoriali sono indipendenti dalla risoluzione, non sono cioè definite da un numero fisso di pixel e sono ridimensionate automaticamente in modo da apparire chiare e nitide su qualsiasi periferica di output a qualsiasi risoluzione. Ne risulta che le immagini vettoriali rappresentano la scelta migliore per i caratteri (in particolare di piccole dimensioni) e per illustrazioni particolari quali logo, che richiedono line nitide a qualsiasi dimensione. Il loro svantaggio è che sebbene siano eccellenti per le riproduzione a colori, non sono altrettanto valide per i dettagli più minuti o per la riproduzione di transizioni di colore graduale, come le radiografie. Tuttavia, poiché i monitor dei computer sono costituiti da un retino di pixel, sia le immagini vettoriali sia le immagini bitmap sono rappresentate a video come pixel. I programmi per il disegno vettoriale convertono le loro forme in pixel per la visualizzazione. Immagine bitmap Immagine vettoriale 14

15 ALGORITMI DI COMPRESSIONE E FORMATI BITMAP L'immagine digitalizzata, come abbiamo già detto, è costituita da informazione binaria memorizzata in un file; ci sono moltissimi formati grafici con cui possono essere salvati i files rappresentativi delle immagini: i formati grafici di tipo bitmap (BMP, JPEG, GIF, TIFF ecc. ecc.) rappresentano le regole di immagazzinamento e di descrizione dell'informazione contenuta nei files e molti di essi si avvalgono di algoritmi di compressione (RLE, Huffman, LZW, DCT, DWT ecc. ecc.) cioè di particolari strumenti matematici in grado di ridurre al minimo indispensabile l'informazione digitale relativa ad una data immagine così da diminuire notevolmente le dimensioni del file. L'insieme dei calcoli aventi per scopo la riduzione delle dimensioni di un file o di un insieme di file prende il nome, appunto, di algoritmo di compressione (in generale, nel linguaggio informatico, si definisce algoritmo una serie di operazioni logiche e algebriche, espresse in un linguaggio comprensibile all'elaboratore, la cui sequenza costituisce un programma). Da quando nel campo radiologico si sono introdotti i sistemi telematici la compressione delle immagini ha cominciato ad acquisire sempre più una maggiore importanza al fine di contenere i requisiti in termini di visualizzazione, tempo di trasmissione e spazio di memoria necessario per l archiviazione di immagini di grandi dimensioni. La compressione è, quindi, un metodo che consente di ridurre la dimensione di un file grafico combinando le informazioni sui pixel relative a colori simili e memorizzando tali dati in uno spazio ridotto. L'efficienza della compressione viene calcolata dividendo la grandezza originale del file per la sua grandezza una volta compresso. In inglese questo valore si chiama compression rate o, alla latina, ratio; in italiano possiamo chiamarlo coefficiente o fattore di compressione (o, più frequentemente, livello di compressione). Utilizzando un livello di compressione elevato si ottengono file di dimensioni ridotte con conseguenti tempi di caricamento in linea inferiori. Una caratteristica fondamentale: la reversibilità della compressione. In genere, se un programma ha la capacità di salvare un file in un formato compresso, è anche in grado di leggere i file che sono stati compressi con quel particolare formato, ripristinando l'informazione in essi contenuta, cioè decomprimendoli. La principale differenza che possiamo stabilire tra i formati di compressione delle immagini grafiche è data dalla misura della loro reversibilità. Un formato che è in grado di restituire, al termine della decompressione, un'immagine esattamente uguale - pixel per pixel - all'originale com'era prima che venisse compresso, viene normalmente definito con l'impronunciabile termine inglese lossless. In italiano potremmo tradurre con senza perdita oppure con non distruttivo. Viceversa, un formato di compressione che non può assicurare una reversibilità assoluta, viene definito in inglese lossy, ovvero, in italiano, con perdita o anche distruttivo. Gli algoritmi di compressione possono essere, quindi, di due diversi tipi: non distruttivo: l'immagine iniziale da comprimere non è perduta, ma può essere integralmente recuperata, distruttivo: per recuperare l immagine (e comunque non integralmente), si deve procedere mediante un'operazione di analisi matematica. Questi algoritmi si avvalgono di rapporti di compressione di 10:1 o anche superiori. I più alti gradi di compressione sono possibili solo con quest'ultimo tipo di algoritmi. Gli algoritmi di tipo non distruttivo includono il RLE (Run Lenght Encoding), l'huffman e l LZW (Lempel Ziv Welch). Sono vari i modelli di algoritmi distruttivo che sono stati studiati, tra i quali il JPEG, il DCT, il WAVELETS, la quantizzazione vettoriale e altri. La questione cruciale è se si può considerare accettabile che nel processo di compressione si abbia una perdita di informazioni, seppure minima. In effetti nelle applicazioni della teleradiologia e dello stesso PACS si rileva abbastanza frequentemente, anche nelle più alte risoluzioni, una certa perdita 15

16 di informazioni rispetto alle immagini radiologiche tradizionali. Le immagini digitali, per loro intrinseca natura sono soggette a questo tipo di inconvenienti, ma vi è comunque una crescente evidenza che la compressione distruttiva può essere applicata senza arrecare significativi danni al contenuto delle immagini diagnostiche. Per esempio, due studi a riguardo, hanno dimostrato che impiegando diversi modelli di compressione di tipo distruttiva, con rapporti di compressione sino 20:1, non si rilevavano determinanti modifiche sull'interpretazione diagnostica delle radiografie del torace. Si è arrivati quindi ad affermare che alcune forme di compressione distruttive sono accettabili. Molte tecniche di compressione distruttive si basano su trasformazioni matematiche, che convertono le informazioni spaziali di un'immagine in una serie di funzioni base, che rappresentano le coordinate dell'immagine. Nella Fast Fourier Transform (FFT), ad esempio, gli elementi determinanti dell'immagine sono tradotti in una somma di seni e coseni. Vediamo ora i formati grafici più usati di tipo bitmap: BMP è il formato standard di immagini bitmap di Windows su computer DOS e Windows compatibili. Quando si salva un immagine in questo formato si può specificare una profondità per l immagine compresa fra 1 bit e 24 bit. Inoltre, per le immagini a 4 bit e a 8 bit si può scegliere di usare la compressione Run-Length-Encoding (RLE). Questo schema di compressione non elimina nessun dettaglio dall immagine. GIF (Graphics Interchange Format). Sviluppato da CompuServe, è il formato di file comunemente usato per visualizzare grafica e immagini in scala di colore. GIF è un formato che utilizza la compressione LZW sviluppato per ridurre al minimo il tempo di trasferimento dei file sulle linee telefoniche. Il formato GIF costituisce il formato grafico più diffuso sul Web. Anche se può contenere solo 256 colori, il formato GIF offre un buon livello di compressione dell'immagine senza perdita di qualità. Inoltre, i file GIF possono contenere un'area trasparente e più fotogrammi per le animazioni. Le immagini compresse con modalità di compressione senza perdita di informazioni in genere non producono una riduzione della qualità dell'immagine. La compressione dei file GIF avviene mediante scansione orizzontale su una riga di pixel, individuando le aree uniformi di colore e quindi abbreviando le aree di pixel identiche all'interno del file. Quindi, le immagini con aree ripetitive di colore uniforme sono compresse al meglio se salvate in formato GIF. Quando si salva un immagine come GIF si può specificare come l immagine apparirà mentre è scaricata, selezionando interlacciato per visualizzare l immagine gradualmente, aumentando il dettaglio man mano che è scaricata. JPEG (Joint Photographic Experts Group). Questo formato è usato per visualizzare fotografie e altre immagini a tonalità continua e diversamente dal formato GIF mantiene tutte le informazioni. JPEG, è anche una tecnica di compressione dell'immagine di tipo distruttiva ed è il più comune algoritmo di compressione usato in radiologia. L'operazione matematica che ne sta alla base consiste nella trasformazione delle informazioni spaziali delle immagini in coseni discreti identificando ed eliminando i dati extra non essenziali per la visualizzazione. Quando si apre un immagine JPEG, essa viene decompressa automaticamente. Poiché lo schema di compressione JPEG (che utilizza la DCT, Discrete Cosine Transform) elimina dei dati, è definito un sistema a perdita di informazioni. Un livello di compressione maggiore produce un immagine di qualità inferiore, mentre un livello di compressione minore produce un immagine di qualità superiore. Un evoluzione di questo formato è il JPEG2000, alla cui base dell algoritmo di compressione viene utilizzata la cosiddetta DWT, Discrete Wavelet Transform. Il formato JPEG costituisce un'alternativa al GIF specificamente per le immagini fotografiche. Il formato JPEG supporta fino a 16,8 milioni di colori (24 bit). 16

17 Quindi: 1. una percentuale di compressione bassa consente di mantenere la qualità dell'immagine ma produce file di grosse dimensioni; 2. una percentuale di compressione alta produce file di dimensioni ridotte, ma riduce anche la qualità dell'immagine. Il formato JPEG rappresenta la scelta ottimale per le fotografie scannerizzate, le immagini che utilizzano texture, le immagini con transizioni di colori sfumati o qualsiasi immagine che richieda più di 256 colori. JPEG è ampiamente utilizzato pure in altre applicazioni, incluse alcune applicazioni di compressioni di una varietà di tipi di immagini nell'ambito del World Wide Web. I vantaggi di questa tecnica sono che è facilmente impiegabile, poco costosa, relativamente veloce, implementata in hardware e software e in ISO standard (International Standard Organitation). È inoltre l'unico algoritmo di compressione compreso nel Dicom standard. In realtà, vi è un certo numero di tecniche di compressione che possono superare in efficienza il JPEG, come il Wavelets. Il difetto principale del JEPG è l'aumento crescente della produzione di artefatti con l'aumentare dei rapporti di compressione. Questi artefatti originano dall'approccio fondamentale dell'algoritmo nel portare avanti il processo di compressione, che consiste nel suddividere l'immagine in tanti piccoli pixel, che sono elaborati l'uno indipendentemente dall'altro. Il sistema di visione umano è molto sensibile alla distinzione di smagliature nell'immagine, che sono frequenti con l'uso di questa tecnica; ne deriva che rapporti di compressione molto elevati non possono essere utilizzati con il JPEG. Tiff (Tagged Image File Format). Questo formato può memorizzare immagini ad alta risoluzione a scala di grigio e a colori, ma i file occupano molto spazio. Negli applicativi più recenti un file in formato tiff può essere compresso con l'algoritmo LZW e riespanso senza problemi. Precauzioni sull'uso delle tecniche di compressione L'ACR (American College of Radiology), una volta autorizzato l'impiego di queste tecniche in relazione alle immagini digitali, ha stabilito che il loro utilizzo deve essere correlato ad istruzioni che illustrino gli effetti della compressione distruttiva unitamente ad esempi pratici. Le immagini che sono state compresse irreversibilmente devono essere accuratamente classificate, precisando l'approssimato rapporto di compressione usato. Queste precauzioni sono di avvertimento per l'utente in riferimento alla produzione di artefatti o alla degradazione dell'immagine che può avvenire con i vari rapporti di compressione. Non è stata invece stabilita una tecnica di scelta preferenziale. 17

18 Confronto tra diversi tipi di compressione delle immagini Dall immagine originale a sinistra in formato bitmap è stata estratta una porzione (nel riquadro) e ingrandita due volte, allo scopo di evidenziare meglio, per eccesso, gli effetti dei diversi tipi di compressione. In ogni immagine è indicato in basso a sinistra il formato di file e il relativo peso in KB. 18

19 Caratteristiche delle immagini digitali: riepilogo Ogni immagine digitale è caratterizzata da tre aspetti: 1. risoluzione: rapporto tra dimensioni e qualità visiva dell'immagine. La risoluzione comprende due aspetti: a. quantità di punti che compongono effettivamente l'immagine, si misura in pixel; esempio: 640 x 480 (640 pixel orizzontali per 480 verticali), 1024 x 768 e così via; b. densità dei punti nella visualizzazione o nella stampa, si misurano in ppi, pixel per inch, e dpi, dots per inch, punti per pollice (dove 1 pollice = 2,54 cm.). 2. Profondità di colore: numero massimo di colori o grigi possibili in ogni pixel, si misura in bit; valori tipici: 8 bit (256 colori), 16 bit (65mila colori), 24 bit (16,8 milioni di colori). 3. Formato/compressione: formato di salvataggio o codifica del file. Alcuni formati permettono di comprimere i dati, ottenendo file di dimensioni ridotte, in tal caso però certi metodi di compressione (detti lossy o distruttivi) possono influire negativamente sulla qualità dell'immagine. Esempio di formato non compresso: BMP (Windows/OS2 Bitmap). Esempi di formati compressi: TIFF, GIF, JPEG, PNG. Le unità di misura della RISOLUZIONE, che è "l'espressione del numero di pixel contenuti in un pollice lineare" sono: PPI (pixels per inch): è il numero di pixel visualizzati in un'immagine e corrisponde al modo in cui un monitor mostra un'immagine. Il modo in cui l'immagine appare nello schermo dipende dalla risoluzione del monitor (il numero di pixel che un monitor può mostrare in una specifica area). PPI è la risoluzione di visualizzazione, NON la risoluzione dell'immagine. DPI (dots per inch): è l'unità di misura della risoluzione delle stampanti. Si riferisce propriamente ai punti di inchiostro che vengono depositati sul supporto cartaceo. Maggiore è il numero di punti depositati nell'unità di misura lineare presa in considerazione, più definita sarà la stampa risultante. SPI (samples per inch): è la risoluzione degli scanner e delle fotocamere digitali. Per eseguire la scansione di un'immagine, lo scanner esegue dei campionamenti su porzioni dell'immagine sorgente. Maggiore è il numero di questi campionamenti per pollice, più la scansione sarà fedele all'immagine originale. Maggiore è il numero di SPI, maggiore è la risoluzione. Alcuni scanner usano DPI invece di SPI nell'indicare la capacità risolutiva. LPI (lines per inch): è riferito al modo in cui alcune periferiche di stampa riproducono le immagini, simulando il tono continuo tramite la stampa di linee di mezzetinte. Il numero di linee per pollice è il LPI, chiamato anche "frequenza di retino". Si può pensare al LPI come alla risoluzione delle mezzetinte. PT (punti tipografici): è la dimensione dei caratteri tipografici stampati. 3 punti equivalgono a circa 1mm. 19

20 IMMAGINI 3D Il procedimento per ottenere delle immagini tridimensionali si suddivide in tre fasi: 1. la prima consiste nella acquisizione di immagini per mezzo della Tomografia Computerizzata o della Risonanza Magnetica. Queste apparecchiature, di uso ormai comune in medicina, forniscono immagini di sezioni del corpo umano che hanno la caratteristica di essere in formato digitale. Infatti l'informazione in esse contenuta è memorizzata utilizzando numeri e non, come invece avviene nei comuni radiogrammi del torace o dell'addome, sfruttando alterazioni chimiche della pellicola fotografica; 2. la seconda fase è rappresentata, sfruttando la proprietà delle immagini digitali, dall'invio al computer dedicato alla ricostruzione tridimensionale delle immagini ottenute con la TC o con la Risonanza magnetica; 3. la terza fase infine consiste nella ricostruzione tridimensionale ed è resa possibile da un computer dedicato a tale scopo. Concettualmente il procedimento con cui le immagini tridimensionali sono generate è semplice. Le immagini delle singole sezioni del corpo umano sono sovrapposte ed unite per ottenere un volume che corrisponde al segmento anatomico che è stato studiato con la TC o con la Risonanza Magnetica. Questo volume che rappresenta il segmento anatomico studiato è rappresentato nelle tre dimensioni sul monitor del computer per le ricostruzioni. Matrice 2D trasformata in 3D I tessuti che compongono il corpo umano hanno caratteristiche fisiche e chimiche diverse tra loro (ad esempio l'osso è più denso di un muscolo). L'operatore che esegue la ricostruzione, sfruttando queste differenze, è in grado di visualizzare selettivamente un determinato tessuto o struttura rendendo trasparenti gli altri. Ciò permette ad esempio di visualizzare soltanto l'osso o solamente la mucosa che riveste un organo cavo come il colon. Un altro vantaggio offerto dalle ricostruzioni tridimensionali è la possibilità di poter osservare una struttura del corpo umano da angolazioni diverse. Ad esempio è possibile visualizzare sul monitor un osso da vari punti di vista oppure visualizzare il colon nel suo interno "navigandoci" dentro. TC cranica ricostruita in 3D 20

21 Come si forma un'immagine 3D Sistemi di elaborazione dell informazione radiologica Un oggetto tridimensionale è, come dice la parola, definito su tre assi cartesiani X, Y e Z, ossia altezza, larghezza e profondità. Una immagine 2D è la fotografia di un oggetto, l'immagine 3D è l'oggetto stesso. Per inserire un'immagine 3D in un computer occorre ricostruire l'oggetto in tutte le sue caratteristiche, fare un "tutto tondo" dell'oggetto all'interno di un computer. Per realizzare un operazione all apparenza così complicata esistono moltissimi software di modellazione 3D (3D Studio Max, Maya, Lightwave3D ecc...). I quattro passaggi fondamentali: MODELLAZIONE DI UN AMBIENTE: come prima cosa la CPU stabilisce le varie posizioni degli oggetti in un determinato spazio. GEOMETRIA: in seguito la CPU trasforma le coordinate precedentemente calcolate in punti, che saranno i vertici dei triangoli. CREAZIONE DEI TRIANGOLI: qui entra in azione la scheda video che compone uno scheletro WireFrame della scena. RENDERING: in quest ultima fase i poligoni che sono stati creati vengono ricoperti dalle texture. La maggioranza degli oggetti 3D creati sul computer vengono realizzati mediante dei poligoni. Un poligono è un area definita da almeno 3 linee, come quello mostrato in figura. Un semplice poligono Le linee uniscono una serie di punti nello spazio tridimensionale creato dal computer. Questi punti sono definiti vertici (vertex in inglese) ed ognuno di essi ha 3 coordinate X, Y, Z che lo identificano in modo univoco nello spazio tridimensionale. Ad esempio per disegnare un parallelepipedo (che ha sei facce) occorrono 2 triangoli per faccia per 6 facce, quindi 12 poligoni. Grazie alla combinazione di più poligoni è possibile ricreare delle immagini complesse che simulano la realtà. Un edificio costituito da differenti poligoni 21

22 La figura mostra un edificio con una strada ed è perfettamente riconoscibile, anche se un po troppo schematizzata e priva di dettagli. Per creare un effetto più realistico viene usato il texture mapping. Si tratta di una tecnica complessa che richiede una notevole potenza di elaborazione visto che le immagini vengono elaborate pixel per pixel: grazie a questa tecnologia è possibile rivestire gli oggetti con delle immagini bidimensionali. Una texture è un'immagine 2D tradizionale applicata sulla faccia di un poligono per "colorarlo": nel nostro caso rivestiremo l'edificio, la strada ed il cielo con opportune immagini che conferiranno all'immagine un aspetto molto realistico. Lo stesso edificio di prima dopo l'applicazione delle varie texture Un altro esempio di texture map in cui il muro, il prato ed il cielo vengono rivestiti con delle immagini più realistiche e dettagliate. Un texture mapping applicato ad un gioco 3D 22

23 Esempi di applicazioni di ricostruzioni in 3D Sistemi di elaborazione dell informazione radiologica L endoscopia virtuale La principale tecnica è la colonscopia virtuale che consiste nella visualizzazione del colon al suo interno come avviene nella colonscopia convenzionale. Al contrario di quest'ultima, che prevede l'impiego di un apparecchio a fibre ottiche introdotto nel colon del paziente come una piccola telecamera, la colonscopia virtuale permette di visualizzare le superfici mucose del colon attraverso la metodica di ricostruzione tridimensionale sopra esposta, ed è detta virtuale in quanto le immagini coloscopiche sono immagini ricostruite. Un vantaggio di questa metodica è rappresentato dalla possibilità di superare stenosi (restringimenti) del colon che l'endoscopista non riesce ad oltrepassare con l'endoscopio: la possibilità di visualizzare il colon a monte di una stenosi assume particolare importanza nel caso in cui il restringimento sia provocato da un tumore. La colonscopia virtuale comporta una minore invasività, caratteristica che è comune a tutte le applicazioni cliniche delle ricostruzioni tridimensionali, in quanto nel colon del paziente non è introdotto alcuno strumento, ma è soltanto disteso con aria. La tecnica della endoscopia virtuale può essere utilizzata secondo gli stessi principi anche per la valutazione di altri organi cavi come la vescica (cistoscopia virtuale), l'orecchio (otoscopia virtuale), i seni paranasali (rinoscopia virtuale), la laringe (laringoscopia virtuale), i ventricoli cerebrali (ventricoloscopia cerebrale virtuale), il sistema vascolare (angioscopia virtuale). Immagine ottenuta con colonscopia virtuale Colonscopia virtuale in cui si osserva un piccolo polipo Ricostruzioni tridimensionali angiografiche Un'altra importante applicazione delle tecniche di ricostruzione tridimensionale è in campo angiografico. L'Angiografia è una metodica che permette di visualizzare le strutture vascolari del corpo umano (arterie e vene), e può essere eseguita anche con TC o con Risonanza Magnetica. E' quindi possibile effettuare ricostruzioni tridimensionali dell'apparato vascolare secondo gli stessi principi precedentemente esposti. Questa metodica permette di valutare le caratteristiche degli aneurismi (dilatazioni patologiche delle arterie), o le stenosi arteriose (restringimenti del lume dell'arteria provocate nella maggior parte dei casi dalle placche aterosclerotiche) che assumono particolare importanza quando sono presenti a livello delle arterie che portano il sangue al cervello (carotidi) e che possono essere la causa di infarti cerebrali (ictus). Un'altra importante applicazione consiste nella valutazione dello stato delle protesi arteriose e degli stent dopo l'intervento chirurgico. Anche in questo caso l'angiografia con TC o con 23

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