Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 2.
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Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 2
DEI - Univ. Padova (Italia)
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
- -
DEI - Univ. Padova (Italia)
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