Strumentazione Biomedica 2. Tomografia computerizzata a raggi X - 1

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1 Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1

2 Radiologia convenzionale

3 Radiologia convenzionale

4 Radiografia Convenzionale: Limitazioni La radiografia è una proiezione 2D di una struttura 3D: Molti piani sono sovrapposti nell immagine L informazione sulla profondità è persa Piccole lesioni o strutture risultano invisibili Scarsa risoluzione in densità (min diff. 10%) Parte della dose persa per diffusione in paziente

5 Radiografia Convenzionale: Limitazioni Non è possibile distinguere i varii tessuti molli Non è possibile avere informazioni densimetriche quantitative

6 Tomografia convenzionale

7 Tomografia convenzionale: limitazioni Risolve solo l aspetto della sovrapposizione di strati Non migliora la risoluzione I punti fuori fuoco aumentano il rumore Non risolve l indistinguibiltà tra tessuti molli

8 Radiologia e Tomografia Convenzionali

9 Tomografia Assiale Computerizzata Principio base: Radon 1917 (ricostruzione di un oggetto da sue proiezioni) Idea di un tomografo: Cormack 1960 Primo scanner: Hounsfield 1973

10 Tomografia Assiale Computerizzata Primo Sistema TC Slip-ring 1 sec. Scansione Prima TC sub-secondo secondo Spirale Dual-slice TC Sistema TC Scansione 16-slice 0.5 sec Sistema TC Quattro-slice

11 Tomografia a raggi X scanner raggi X elaboratore per ricostruzione immagine ( no fotografia )

12 Tomografia a raggi X TUBO RADIOGENO APERTURA RIVELATORI

13 Tomografia a raggi X Una serie di raggi che attraversano il paziente sullo stesso piano formano una proiezione di uno strato trasverso

14 Tomografia a raggi X Vantaggi TC a raggi X: immagini di strati trasversi di piccolo spessore (1-10 mm) elevata risoluzione in densità (diff %) ottimizzazione dose

15 Principio di funzionamento Sistema TC

16 Principio di funzionamento y θ x x cosθ + y sinθ = t x cosθ + y sinθ = t 1

17 Principio di funzionamento Fasci paralleli (pencil beam) Fasci a ventaglio (fan beam) y y θ x f ( x, y) θ x

18 Principio di funzionamento Profilo di assorbimento (proiezione) con traslazione Proiezioni multiple con rotazione Algoritmi di ricostruzione da proiezioni

19 Principio di funzionamento proiezione retroproiezione

20 Geometrie di scansione: I generazione Sorgente + singolo rivelatore Fascio collimato a pennello Traslazione + rotazione (1º-2º) T acq cranio: 3-5 min T acq addome: 5-10 min

21 Geometrie di scansione: II generazione Sorgente + n rivelatori (es. 10) Fascio collimato a pennelli multipli su 3º-20º Traslazione + rotazione T acq cranio: s T acq addome: s

22 Geometrie di scansione: II generazione

23 Geometrie di scansione: III generazione Sorgente + array rivelatori (es. 1000) in movimento sincrono Fascio collimato a ventaglio 30º-50º (geometria fan beam) Solo rotazione T acq : s

24 Geometrie di scansione: III generazione

25 Geometrie di scansione: III generazione Artefatto d anello Rivelatore danneggiato

26 Geometrie di scansione: IV generazione Sorgente + anello rivelatori (es ) su 360º statico Fascio collimato a ventaglio 40º-50º (geometria fan beam) Rotazione sola sorgente T acq : 1 s

27 CT convenzionale: limitazioni Limitazioni CT convenzionale meccanica start-stop: Tscan 1s, Tslice 4-6s no esami con dinamica mezzo di contrasto artefatti movimento (es. respirazione inter-slice) risol. spaziale lungo z peggiore rispetto x,y.

28 CT elicoidale (spiral CT) CT elicoidale: rotazione tubo + trasl. lettino continui interpolazione dati T tot s Vantaggi CT elicoidale: T slice molto ridotto risol. in z molto migliore (interpol.) no artefatti movimento

29 CT elicoidale (spiral CT) Aspetti tecnologici: contatti slip-ring per alimentazione e dati tubo radiogeno con funzionamento in continua - riduzione dose per evitare riscaldamento sensori ad alta efficienza (dose ridotta) - stato solido - alta densità (12-18 per grado) alte velocità di rotazione (fino a 120 rpm) algoritmi di interpolazione -lineare -spline

30 CT elicoidale (spiral CT): slip ring

31 CT elicoidale (spiral CT): interpolazione

32 CT elicoidale (spiral CT): pitch Pitch = avanzamento del lettino per rotazione (mm) collimazione del fascio (mm) Il pitch è un parametro importante nelle scansioni elicoidali: Pitch<1: le acquisizioni si sovrappongono (ma >dose) Pitch>1: alcune sezioni non vengono acquisite (ma <dose)

33 CT elicoidale (spiral CT) Replacement arthroplasty utilizing a Swanson Silastic Total Hinge Joint implant. This collage shows an abdominal aortic stent (metal wire support): outer view (left), inner view (lower right) and original axial CT image (upper right).

34 Caratterizzazione: SSP Slice Sensitivity Profile (SSP): Larghezza della sezione nell immagine Influenza dei dettagli sulla formazione dell immagine

35 Caratterizzazione: SSP Slice Sensitivity Profile Dimensione nominale della sezione Pitch=1.0 Pitch=2.0 Interpolazione a 180 Interpolazione a 360

36 Tomografia a fascio elettronico Difficoltà esami cardiaci Eliminazione tutti i movimenti meccanici CVCT: CardioVascular Computed Tomography EBT: Electron Beam Tomography 50 ms per slice

37 Tomografia a fascio elettronico

38 Principali componenti

39 Principali componenti

40 Principali componenti Percorso dei raggi X

41 Sensori Sensori digitali (conteggio fotoni) Stato solido cristallo scintillatore (NaI(Tl), BGO) fotodiodo o PMT A gas A gas camera di ionizzazione Xenon ad alta pressione V tra piastre

42 Sensori