Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 2
Sensori a semiconduttore Silicio drogato (p) + + + + + Giunzione p-n Silicio (n)
Sensori a semicoduttore Movimento degli elettroni + - + - + - + + Movimento virtuale delle lacune
Sensori a semiconduttore Regione di svuotamento - - + +
Sensori a semiconduttore 10 µm - - - - + + + + 10 V V/ x=10 4 [V/cm]
Sensori a semiconduttore fotone X - - - - + - + + + + 10 V
Sensori a gas ionizzati fotone X + - ++ - - Gas in pressione V
Le quattro generazioni di tomografi I generazione II generazione III generazione IV generazione
La tomografia spirale
Tomografia spirale multistrato
Dimensione della sezione
Matrice di recettori 20 mm Si possono avere elementi disposti in maniera quasi isotropa: 1mm x 1.25mm
Recettori di dimensione variabile Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia
Recettori di dimensione variabile
Collimazione del fascio Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni
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
Risoluzione isotropica
Pitch nella tomografia multistrato Pitch x = Escursione lettino Larghezza fascio Pitch d = Escursione lettino Larghezza detettore
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 Viene eseguita una acquisizione In spirale registrando contemporaneamente il segnale ECG. I dati vengono poi ricostruiti in modo sincrono al segnale registrato
Modulazione della corrente Corrente del tubo radiogeno Finestra di acquisizione Segnale ECG
ECG gating: ricostruzione retrospettiva
ECG gating: ricostruzione prospettiva Z 16x1.5mm 210 msec @0.42sec rotation Time
Gating vs non-gating Artefatti di movimento
Gating vs non-gating
Distribuzione della dose Per l acquisizione di una singola sezione D(z) T Z axis
Scattering Nell acquisizione di una di più sezioni si ha il contributo dovuto allo scattering D(z) Z axis
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
CT Dose Index CTDI = 1 T 7T 7T D( z) dz 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
CT Dose Index CTDI si ottiene con un setup sperimentale che fa uso di un fantoccio di composizione e forma nota La dimensione è 16 cm (per misurare la CTDI della testa) o 32 cm (per misurare la CTDI del corpo)
CT Dose Index Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla superficie del fantoccio e combinate: 2 CTDI = CTDIcentro + 3 1 3 CTDI superficie
Dose di radiazione per scansione spirale Sezioni 3x2mm Sezione 1x6mm
Fattori che influenzano il dosaggio: velocità Spessore nominale della sezione Velocità nominale del lettino Dose nominale Velocità del lettino X2 Dose dimezzata
Fattori che influenzano il dosaggio: pitch D(z) z axis Aumentando il pitch si diminuisce la dose
Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione CT a sezione singola CT multistrato
Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni
Fattori che influenzano il dosaggio: mas La dose aumenta linearmente con mas del tubo radiogeno
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 della rotazione precedente in modo da avere un segnale costante sui detettori La corrente cambia in tempo reale in base al distretto anatomico
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
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
Artefatti: beam hardening Caso ideale Soluzioni: pre-elaborazione post-elaborazione Misure di µ Caso reale (sperimentale) Spessore di un mezzo omogeneo acquisizione multispettro
Artefatti: effetto di volume parziale Grosse sezioni tomografiche Strutture ad alto contrasto parzialmente incluse Sorgente di dimensione finita Campionamento discreto
Artefatti metallici I metalli bloccano quasi completamente i fotoni, Creando delle ombre nelle proiezioni
Artefatti da movimento θ=0 o θ=90 o Time varying phantom
Artefatti: effetto cono Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare Spirale Interpolazione Sezione ellittica simile al volume averaging
Artefatti: effetto cilindro Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha una sezione ellittica. Spirale Interpolazione Distorsione Shift di attenuazione
Il rumore: elettronica Amplificatori Convertitori analogico/digitale Gaussiano Media nulla Indipendente dal segnale
Il rumore: conteggio dei fotoni Modello del conteggio di fotoni: processo di Poisson Meno fotoni ho maggiore è l errore
Il rumore: conteggio dei fotoni Se µ=n la varianza è anch essa σ 2 =N L errore relativo diminuisce con N