E. Neri, P. Marcheschi, D. Caramella Produrre ed elaborare immagini diagnostiche

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1 E. Neri, P. Marcheschi, D. Caramella Produrre ed elaborare immagini diagnostiche

2 Emanuele Neri Paolo Marcheschi Davide Caramella Produrre ed elaborare immagini diagnostiche Presentazione a cura di Carlo Bartolozzi 123

3 Emanuele Neri Radiologia Diagnostica e Interventistica Università di Pisa Pisa Paolo Marcheschi Istituto di Fisiologia Clinica Area della Ricerca CNR Pisa Davide Caramella Radiologia Diagnostica e Interventistica Università di Pisa Pisa ISBN e-isbn Springer fa parte di Springer Science+Business Media springer.com Springer-Verlag Italia 2008 Quest opera è protetta dalla legge sul diritto d autore. Tutti i diritti, in particolare quelli relativi alla traduzione, alla ristampa, all utilizzo di illustrazioni e tabelle, alla citazione orale, alla trasmissione radiofonica o televisiva, alla registrazione su microfilm o in database, o alla riproduzione in qualsiasi altra forma (stampata o elettronica) rimangono riservati anche nel caso di utilizzo parziale. La riproduzione di quest opera, anche se parziale, è ammessa solo ed esclusivamente nei limiti stabiliti dalla legge sul diritto d autore, ed è soggetta all autorizzazione dell editore. La violazione delle norme comporta le sanzioni previste dalla legge. L utilizzo in questa pubblicazione di denominazioni generiche, nomi commerciali, marchi registrati, ecc. anche se non specificatamente identificati, non implica che tali denominazioni o marchi non siano protetti dalle relative leggi e regolamenti. Responsabilità legale per i prodotti: l editore non può garantire l esattezza delle indicazioni sui dosaggi e l impiego dei prodotti menzionati nella presente opera. Il lettore dovrà di volta in volta verificarne l esattezza consultando la bibliografia di pertinenza. Grafica e impaginazione: Graphostudio, Milano Stampa: Printer Trento S.r.l., Trento Stampato in Italia Springer-Verlag Italia S.r.l., Via Decembrio 28, Milano

4 Presentazione La diagnostica per immagini ha subito in questi anni una notevole trasformazione legata in primo luogo al rapido sviluppo tecnologico. Di pari passo con il miglioramento delle metodologie di acquisizione in tomografia computerizzata e risonanza magnetica, si sono affermate nella pratica clinica le tecniche di elaborazione bidimensionale e tridimensionale delle immagini diagnostiche. Il consolidamento di questo nuovo settore altamente professionalizzante ha reso necessaria la formazione di personale dedicato e competente in materia; formazione che avviene oggi nell ambito dei corsi universitari per tecnici di radiologia medica. Tali competenze devono essere proprie anche del medico radiologo e quindi i programmi di formazione degli specializzandi in Radiodiagnostica devono prevedere l insegnamento di questa materia. La Scuola radiologica pisana ha sempre dimostrato per questo specifico settore grande interesse, sia nella ricerca finalizzata, che nell attività didattica. Nella ricerca, infatti, vi è stata particolare attenzione nello sviluppo di applicazioni cliniche delle metodiche di elaborazione: tale materia, ampiamente trattata in vari capitoli è stata oggetto di numerose pubblicazioni nella letteratura internazionale. Per quanto riguarda la didattica, il corso di Produzione ed Elaborazione delle Immagini Diagnostiche, rappresenta l offerta formativa fondamentale per la preparazione dei futuri tecnici di radiologia che dovranno avere nel loro bagaglio professionale queste specifiche competenze. Il dottor Emanuele Neri, coordinatore del corso di Produzione ed Elaborazione delle Immagini Diagnostiche, e il professor Davide Caramella, Presidente del Corso di Laurea per Tecnici di Radiologia

5 VI Presentazione Medica, hanno dedicato ampia parte della loro attività di ricerca e didattica in questo settore e il testo che ho il piacere di presentare è il risultato dell esperienza della nostra Scuola. L augurio è che tale sforzo abbia successo e che venga soprattutto apprezzato dai futuri utilizzatori rappresentati dagli studenti del corso per tecnici e dai medici specializzandi in Radiodiagnostica. Pisa, maggio 2008 Prof. Carlo Bartolozzi Direttore della Cattedra di Radiologia e della Scuola di Specializzazione in Radiodiagnostica

6 Ringraziamenti Cari lettori, questo testo è il risultato di un progetto editoriale finalizzato all accrescimento della vostra conoscenza, su argomenti di produzione e trattamento delle immagini diagnostiche. Il mio personale augurio è che consenta una facile comprensione di questa materia, tipicamente multidisciplinare e spesso considerata dai medici e dal personale paramedico di esclusiva competenza dei colleghi tecnici (fisici sanitari, ingegneri, informatici, ecc.). La pratica diagnostica ci ha insegnato invece che anche questo bagaglio culturale deve far parte della nostra professione. Desidero personalmente ringraziare molti studenti del mio Corso integrato di Produzione ed Elaborazione delle Immagini Diagnostiche che hanno contribuito, con i loro elaborati, allo sviluppo dei contenuti di questa opera editoriale. Un ringraziamento particolare ai colleghi, specializzandi e specialisti, e ai tecnici di radiologia che hanno svolto un ruolo fondamentale per la realizzazione del testo. Rivolgo infine la mia profonda gratitudine al mio maestro, il professor Carlo Bartolozzi che, sempre attento alle prospettive future della nostra disciplina, ha stimolato la mia crescita didattica e scientifica in questo settore. Emanuele Neri

7 Indice Elenco degli Autori XV Parte I. Produzione ed elaborazione delle immagini digitali 1. La radiologia digitale F. Paolicchi, S. Giusti, E. Neri Introduzione Principi fisici della radiologia digitale Sistemi di acquisizione digitale Caratteristiche di un sistema radiologico digitale Risoluzione spaziale Curva caratteristica Risoluzione di contrasto Latitudine di esposizione Rapporto segnale rumore Funzione di trasferimento della modulazione Efficienza quantica di rivelazione Elaborazione dell immagine Letture consigliate Produrre immagini TC e RM S. Giusti, F. Paolicchi, E. Neri Introduzione Digitalizzazione e immagini digitali Tomografia computerizzata Risonanza magnetica Lettura consigliata

8 X Indice 3. Tecniche di elaborazione delle immagini S. Giusti, F. Paolicchi, E. Neri, P. Marcheschi Introduzione Filtraggio e ristrutturazione Interpolazione Classificazione e segmentazione Ricostruzione delle superfici da contorni: triangolarizzazione Metodi di rimozione delle superfici nascoste Metodi di ombreggiatura Ray tracing Ricostruzione tridimensionale Estrazione di isosuperfici Classificazione binaria dei voxel Direct volume rendering Visualizzazione Maximum intensity projection Surface rendering Volume rendering Surface versus volume rendering Endoscopia virtuale Tecniche di visualizzazione tridimensionale Ricostruzioni multiplanari (le più utilizzate) Lettura consigliata I sistemi PACS, HIS e RIS F. Paolicchi, P. Marcheschi Hospital information system Radiology information system Relazioni tra RIS e HIS Picture archiving and communication system Integrazione PACS-RIS/HIS Il protocollo DICOM F. Paolicchi, E. Neri, P. Marcheschi Lo standard DICOM Formato del file DICOM Connessione di rete DICOM Il referto strutturato R. Silverio, P. Sacco Letture consigliate

9 Indice XI Parte II. Elaborazioni tridimensionali in radiodiagnostica: metodologia di elaborazione per apparato e applicazioni cliniche 7. Elaborazioni nel distretto maxillo-facciale F. Cerri, E. Neri, A. Calderazzi Introduzione Arcate dentarie Indicazione all esame Tecnica di esecuzione dell esame Elaborazione dei dati Fratture del massiccio facciale Esecuzione dell esame Elaborazione dei dati Malformazioni del massiccio facciale Elaborazione dei dati Lettura consigliata Applicazioni in otorinolaringoiatria E. Neri, S. Giusti, D. Giustini Introduzione Rocche petrose Seni paranasali Laringe Letture consigliate Apparato vascolare I. Bargellini, D. Giustini, E. Neri, C. Vignali Aorta Dissecazione Aneurismi Arterie renali e vasi periferici Arterie renali Arterie periferiche Cuore Angioscopia virtuale Follow-up di pazienti con endoprotesi aortica Valutazione di origine e decorso del flap intimale in pazienti con dissecazione aortica Valutazione del lume parietale coronarico e follow-up di stent Studio di stenosi delle carotidi interne Letture consigliate

10 XII Indice 10. Torace E. Neri, S. Giusti, D. Giustini Introduzione Metodologia dell acquisizione e dell elaborazione Un applicazione particolare: la valutazione dell enfisema Lo studio dell arteria polmonare Trachea, bronchi e broncoscopia virtuale Letture consigliate Apparato muscolo-scheletrico F. Paolicchi, M. Oliva, A. Paolicchi Introduzione Spalla Bacino Ginocchio Caviglia e piede Letture consigliate Apparato digerente E. Neri, S. Giusti, F. Cerri, F. Turini Introduzione Esofago Stomaco Piccolo intestino Colon Fegato e vie biliari Pancreas Letture consigliate Apparato urinario P. Boraschi F. Donati, S. Salemi Elaborazioni in Uro-TC e Uro-RM Vescica Letture consigliate

11 Indice XIII Parte III. Parte speciale 14. Tecniche di fusione di immagini D. Giustini, F. Betti, E. Neri Fusione hardware Fusione software Metodi di registrazione software Metodi intrinseci Valutazione del processo di registrazione Letture consigliate Elaborazioni tridimensionali in medicina nucleare D. Volterrani, D. Fontanelli La visualizzazione 3D SPECT e PET cerebrale SPECT e gated-spect miocardica Maximum Intensity Projection Surface rendering Cenni sulla fusione di immagini La quantizzazione dei dati PET con FDG Letture consigliate Sistemi di aiuto alla diagnosi (CAD) E. Neri, M. Barattini, G. Carmignani I sistemi esperti Perché utilizzare i sistemi CAD? Funzionamento di un sistema CAD Riconoscimento delle forme Schema del funzionamento di un sistema CAD Acquisizione Preprocessamento Estrazione delle caratteristiche Classificazione Letture consigliate

12 Elenco degli Autori Barattini Matteo, 173 Bargellini Irene, 87 Betti Francesca, 143 Boraschi Piero, 133 Calderazzi Andrea, 65 Carmignani Gabriele, 173 Cerri Francesca, 65,119 Donati Francesca M., 133 Fontanelli Daniele, 157 Giusti Sabina, 3, 13, 23, 79, 99, 119 Giustini Davide, 79, 87, 99, 143 Marcheschi Paolo, 23, 43, 51 Neri Emanuele, 3, 13, 23, 51, 65, 79, 87, 99, 119, 143, 173 Oliva Martina, 109 Paolicchi Alessandro, 109 Paolicchi Fabio, 3, 13, 23, 43, 51, 109 Sacco Palmino, 59 Salemi Simonetta, 133 Silverio Roberto, 59 Turini Francesca, 119 Vignali Claudio, 87 Volterrani Duccio, 157