Strumentazione Biomedica 2

Tomografia computerizzata a raggi X - 1

DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiologia convenzionale

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Radiologia convenzionale

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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

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Radiografia Convenzionale: Limitazioni

Non è possibile distinguere i varii tessuti molli

Non è possibile avere informazioni densimetriche quantitative

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Tomografia convenzionale

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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

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Radiologia e Tomografia Convenzionali

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Tomografia Assiale Computerizzata

• Principio base: Radon 1917 (ricostruzione di un oggetto da sue proiezioni)

• Idea di un tomografo: Cormack 1960

• Primo scanner: Hounsfield 1973

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Tomografia Assiale Computerizzata

72 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03

Primo Primo Sistema TCSistema TC

SlipSlip--ringring1 sec.1 sec.

Prima TC Prima TC SpiraleSpirale

DualDual--slicesliceTCTC

ScansioneScansionesubsub--secondosecondo

ScansioneScansione0.5 sec0.5 sec

Sistema TCSistema TCQuattroQuattro--sliceslice

Sistema TCSistema TC1616--sliceslice

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Tomografia a raggi X

• scanner raggi X• elaboratore per

ricostruzionericostruzioneimmagineimmagine (“no fotografia”)

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Tomografia a raggi X

APERTURA

TUBO RADIOGENO

RIVELATORI

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Tomografia a raggi X

Una serie di raggi che attraversano il paziente sullo stessopiano formano una proiezione di uno strato trasverso

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Tomografia a raggi X

Vantaggi TC a raggi X:• immagini di strati trasversi di piccolo spessore (1

- 10 mm)• elevata risoluzione in densità (diff. 0.2 – 0.5%)• ottimizzazione dose

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Principio di funzionamento

Sistema TC

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Principio di funzionamento

tyx =+ θθ sincos

1sincos tyx =+ θθ

θ

y

x

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Principio di funzionamento

• Fasci paralleli (pencil beam) • Fasci a ventaglio (fan beam)

θ

y

x),( yxf

θ

y

x

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Principio di funzionamento

• Profilo di assorbimento (proiezione) con traslazione

• Proiezioni multiple con rotazione• Algoritmi di ricostruzione da

proiezioni

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Principio di funzionamento

proiezione

retroproiezione

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Geometrie di scansione: I generazione

• Sorgente + singolo rivelatore• Fascio collimato a pennello• Traslazione + rotazione (1º-2º)• Tacq cranio: 3-5 min• Tacq addome: 5-10 min

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Geometrie di scansione: II generazione

• Sorgente + n rivelatori (es. 10)• Fascio collimato a pennelli multipli

su 3º-20º• Traslazione + rotazione• Tacq cranio: 15-20 s• Tacq addome: 25-30 s

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Geometrie di scansione: II generazione

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Geometrie di scansione: III generazione

• Sorgente + array rivelatori (es. 1000)in movimento sincrono

• Fascio collimato a ventaglio 30º-50º(geometria fan beam)

• Solo rotazione• Tacq: 1.5-3 s

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Geometrie di scansione: III generazione

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Geometrie di scansione: III generazione

Rivelatore danneggiato

Artefatto d’anello

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Geometrie di scansione: IV generazione

• Sorgente + anello rivelatori (es. 600-2000) su 360º statico

• Fascio collimato a ventaglio 40º-50º(geometria fan beam)

• Rotazione sola sorgente• Tacq: ≈ 1 s

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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.

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CT elicoidale (spiral CT)

CT elicoidale:• rotazione tubo + trasl. lettino continui• interpolazione dati• Ttot ≈ 20-80 s

Vantaggi CT elicoidale:• “Tslice“ molto ridotto• risol. in z molto migliore (interpol.)• no artefatti movimento

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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

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CT elicoidale (spiral CT): slip ring

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CT elicoidale (spiral CT): interpolazione

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CT elicoidale (spiral CT): pitch

(mm) fascio del necollimazio(mm) rotazioneper lettino del oavanzament

=Pitch

Il pitch è un parametro importante nelle scansionielicoidali:

Pitch<1: le acquisizioni si sovrappongono (ma >dose)

Pitch>1: alcune sezioni non vengono acquisite (ma <dose)

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CT elicoidale (spiral CT)

Replacement arthroplasty utilizing a Swanson Silastic Total Hinge Jointimplant.

This collage shows an abdominal aorticstent (metal wire support): outer view(left), inner view (lower right) and original axial CT image (upper right).

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Caratterizzazione: SSP

Slice Sensitivity Profile (SSP):

• Larghezza della sezione nell’immagine

• Influenza dei dettagli sulla formazione dell’immagine

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Caratterizzazione: SSP

Pitch=1.0

Pitch=2.0

Interpolazionea 180°

Interpolazionea 360°

Dimensione nominaledella sezione

Slice SensitivityProfile

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Tomografia a fascio elettronico

• Difficoltà esami cardiaci• Eliminazione tutti i movimenti meccanici

• CVCT: CardioVascular Computed TomographyEBT: Electron Beam Tomography

• 50 ms per slice

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Tomografia a fascio elettronico

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Principali componenti

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Principali componenti

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Principali componenti

Percorso dei raggi X

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Sensori

• Sensori digitali (conteggio fotoni)

•• Stato solidoStato solido– cristallo scintillatore (NaI(Tl), BGO)– fotodiodo o PMT

•• A gasA gas– camera di ionizzazione– Xenon ad alta pressione– ∆V tra piastre

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Sensori