Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 2

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Sensori a semiconduttore

Silicio (n)

Silicio drogato (p) ++ + +

+ Giunzione p-n

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Sensori a semicoduttore

+

-+

+

++

Movimento degli

elettroni

Movimento virtuale

delle lacune

- -

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Sensori a semiconduttore

+ +

- -Regione di svuotame

nto

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Sensori a semiconduttore

+ +

- -- -

+ +

10 V10 μm

ΔV/Δx=104 [V/cm]

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Sensori a semiconduttore

+ +

- -- -

+ +

10 Vfotone X

+ -

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Sensori a gas ionizzati

ΔV

fotone X

++

+-

--

Gas in pressione

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Le quattro generazioni di tomografi

I generazione

III generazione

II generazione

IV generazione

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La tomografia spirale

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Tomografia spirale multistrato

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Dimensione della sezione

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Matrice di recettori

Si possono avere elementi disposti in

maniera quasi isotropa:

1mm x 1.25mm20 mm

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Recettori di dimensione variabile

Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia

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Recettori di dimensione variabile

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Collimazione del fascio

Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni

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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

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Risoluzione isotropica

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Pitch nella tomografia multistrato

PitchPitchxx = = Escursione lettinoEscursione lettino

Larghezza fascioLarghezza fascio

PitchPitchdd = = Escursione lettinoEscursione lettino

Larghezza detettoreLarghezza detettore

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Tomografia Cardiaca

Nelle acquisizioni cardio TC esistono attualmenteNelle acquisizioni cardio TC esistono attualmentedue differenti approcci:due differenti approcci:

ECG Axial Prospective ECG Axial Prospective GatingGating

Le acquisizioni vengono effettuate Le acquisizioni vengono effettuate in assiale in sincronia con il in assiale in sincronia con il segnale ECG del pazientesegnale ECG del paziente

ECG Spiral Retrospective TaggingECG Spiral Retrospective TaggingViene eseguita una acquisizioneViene eseguita una acquisizioneIn spirale registrando contemporaneamenteIn spirale registrando contemporaneamenteil segnale ECG. I dati vengono poi ricostruiti in modoil segnale ECG. I dati vengono poi ricostruiti in modosincrono al segnale registratosincrono al segnale registrato

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Modulazione della corrente

Segnale ECG

Corrente del tubo radiogeno

Finestra di acquisizione

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ECG gating: ricostruzione retrospettiva

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ECG gating: ricostruzione prospettiva

16 x 1.5

mm

Z

Time

210 msec @0.42sec rotation

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Gating vs non-gating

Artefatti di movimento

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Gating vs non-gating

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Distribuzione della dose

T

Z axis

D(z)

Per l’acquisizione di una singola sezione

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Scattering

Nell’acquisizione di una di più sezioni si ha il contributo dovuto allo

scattering

Z axis

D(z)

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Dose media: Multiple Scan Average Dose (MSAD)

Z axis

D(z)Dose media:

MSAD

MSAD è definita come la dose media, ad una determinata profondità, dovuta a un numero elevato di

acquisizioni

T

dzzDT

MSAD0

)(1

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CT Dose Index

T

T

dzzDT

CTDI7

7

)(1

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

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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)

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CT Dose Index

Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla superficie del fantoccio e combinate:

superficiecentro 3

1

3

2CTDICTDICTDI

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Dose di radiazione per scansione spirale

Sezioni 3x2mm

Sezione 1x6mm

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Fattori che influenzano il dosaggio: velocità

Spessore nominale della sezione

Velocità nominale del lettinoDose nominale

Velocità del lettino X2

Dose dimezzata

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Fattori che influenzano il dosaggio: pitch

D(z)

z axis

Aumentando il pitch si diminuisce la dose

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Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione

CT a sezione singola

CT multistrato

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Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni

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Fattori che influenzano il dosaggio: mAs

La dose aumenta linearmente con mAs del tubo radiogeno

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Riduzione del dosaggio

AA

BB

Attenuazioneaumentata

Attenuazioneaumentata

Attenuazione ridotta

Attenuazione ridotta

100%

A B A B A

75%

50%

25%

mA (rel)

La corrente viene variata in La corrente viene variata in base all’attenuazione della base all’attenuazione della

rotazione precedente in modo rotazione precedente in modo da avere un segnale costante da avere un segnale costante

sui detettorisui detettori

La corrente cambia in tempo La corrente cambia in tempo reale in base al distretto reale in base al distretto

anatomicoanatomico

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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

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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 monocromatico

Caso policromatico

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Artefatti: beam hardening

Soluzioni:pre-elaborazione

post-elaborazione

acquisizione multispettro

Caso ideale

Caso reale(sperimentale)

Mis

ure

di

μ

Spessore di un mezzo omogeneo

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Artefatti: effetto di volume parziale

Grosse sezioni tomografiche Strutture ad alto contrasto parzialmente incluse

Sorgente di dimensione finita

Campionamento discreto

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Artefatti metallici

I metalli bloccano quasi completamente i fotoni,Creando delle ‘ombre’ nelle proiezioni

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Artefatti da movimento

θ=0o

Time varying phantom

θ=90o

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Artefatti: effetto cono

Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare

• Spirale• Interpolazione

Sezione ellittica simile al ‘volume averaging’

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Artefatti: effetto cilindro

Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha una sezione ellittica.

• Spirale• Interpolazione

• Distorsione• Shift di attenuazione

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Il rumore: elettronica

• Amplificatori• Convertitori

analogico/digitale

GaussianoMedia nulla

Indipendente dal segnale

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Il rumore: conteggio dei fotoni

Modello del conteggio di fotoni:processo di Poisson

Meno fotoni ho maggiore è l’errore

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Il rumore: conteggio dei fotoni

Se μ=N la varianza è anch’essa σ2=N

L’errore relativo diminuiscecon N