strumentazione biomedica 2 - deienrigri/corsi/strumbio2/7-ct2_05.pdf · strumentazione biomedica 2...

Strumentazione Biomedica 2

Tomografia computerizzata a raggi X - 2

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a semiconduttore

+ + + ++Silicio drogato (p)

Giunzione p-nSilicio (n)

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a semicoduttore

+-

+

+

++

- -Movimento degli

elettroni

Movimento virtuale delle

lacune

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a semiconduttore

- -Regione di

svuotamento+ +

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a semiconduttore

+ +

- -- -

+ +

10 V10 µm

∆V/∆x=104 [V/cm]

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a semiconduttore

+ +

- -- -

+ +

10 Vfotone X

+ -

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a gas ionizzati

∆V

fotone X

++

+--

-

Gas in pressione

DEI - Univ. Padova (Italia)

Le quattro generazioni di tomografi

I generazione II generazione

III generazione IV generazione

DEI - Univ. Padova (Italia)

La tomografia spirale

DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia spirale multistrato

DEI - Univ. Padova (Italia)

Dimensione della sezione

DEI - Univ. Padova (Italia)

Matrice di recettori

Si possono avere elementi disposti in

maniera quasi isotropa:1mm x 1.25mm

20 mm

DEI - Univ. Padova (Italia)

Recettori di dimensione variabile

Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia

DEI - Univ. Padova (Italia)

Recettori di dimensione variabile

DEI - Univ. Padova (Italia)

Collimazione del fascio

Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni

DEI - Univ. Padova (Italia)

Scelta della dimensione della ricostruzione

• E’ possibile scegliere anche dopo l’acquisizione come utilizzare i dati:

Acquisizione: 4x2.5 mm

Ricostruzione

4x2.5 mm

2x5.0 mm

1x10.0 mm

DEI - Univ. Padova (Italia)

Risoluzione isotropica

DEI - Univ. Padova (Italia)

Pitch nella tomografia multistrato

PitchPitchxx ==Escursione lettinoEscursione lettino

Larghezza fascioLarghezza fascio

PitchPitchdd = = Escursione lettinoEscursione lettino

Larghezza detettoreLarghezza detettore

DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia Cardiaca

NelleNelle acquisizioniacquisizioni cardio TC cardio TC esistonoesistono attualmenteattualmentedue due differentidifferenti approcciapprocci::

ECG Axial Prospective GatingECG Axial Prospective GatingLe Le acquisizioniacquisizioni vengonovengono effettuateeffettuate in in assialeassiale in in sincroniasincronia con con ilil segnalesegnale ECG ECG del del pazientepaziente

ECG Spiral Retrospective TaggingECG Spiral Retrospective TaggingVieneViene eseguitaeseguita unauna acquisizioneacquisizioneIn In spiralespirale registrandoregistrando contemporaneamentecontemporaneamenteilil segnalesegnale ECG. I ECG. I datidati vengonovengono poi poi ricostruitiricostruiti in in modomodosincronosincrono al al segnalesegnale registratoregistrato

DEI - Univ. Padova (Italia)

Modulazione della corrente

Segnale ECG

Corrente del tubo radiogeno

Finestra diacquisizione

DEI - Univ. Padova (Italia)

ECG gating: ricostruzione retrospettiva

DEI - Univ. Padova (Italia)

ECG gating: ricostruzione prospettiva

16x1.5 mm

Z

Time

210 msec@0.42sec rotation

DEI - Univ. Padova (Italia)

Gating vs non-gating

Artefatti di movimento

DEI - Univ. Padova (Italia)

Gating vs non-gating

DEI - Univ. Padova (Italia)

Distribuzione della dose

Per l’acquisizione di una singola sezione

T

D(z)

Z axis

DEI - Univ. Padova (Italia)

Scattering

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

D(z)

Z axis

DEI - Univ. Padova (Italia)

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

∫=T

dzzDT

MSAD0

)(1

Z axis

D(z)Dose media:

MSAD

DEI - Univ. Padova (Italia)

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

DEI - Univ. Padova (Italia)

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)

DEI - Univ. Padova (Italia)

CT Dose Index

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

superficiecentro 31

32 CTDICTDICTDI +=

DEI - Univ. Padova (Italia)

Dose di radiazione per scansione spirale

Sezioni 3x2mm

Sezione 1x6mm

DEI - Univ. Padova (Italia)

Fattori che influenzano il dosaggio: velocità

Spessore nominale della sezione

Velocità nominale del lettinoDose nominale

Velocità del lettino X2Dose dimezzata

DEI - Univ. Padova (Italia)

Fattori che influenzano il dosaggio: pitch

D(z)

z axis

Aumentando il pitch si diminuisce la dose

DEI - Univ. Padova (Italia)

Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione

CT a sezione singola

CT multistrato

DEI - Univ. Padova (Italia)

Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni

DEI - Univ. Padova (Italia)

Fattori che influenzano il dosaggio: mAs

La dose aumenta linearmente con mAs del tubo radiogeno

DEI - Univ. Padova (Italia)

Riduzione del dosaggio

100%

A B A B A

75%

50%

25%

mA (rel)

AA

BB

Attenuazioneaumentata

Attenuazioneaumentata

Attenuazioneridotta

Attenuazioneridotta

La corrente viene variata in base La corrente viene variata in base allall’’attenuazione della rotazione attenuazione della rotazione precedente in modo da avere un precedente in modo da avere un segnale costante sui detettorisegnale costante sui detettori

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

DEI - Univ. Padova (Italia)

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

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti: beam hardening

Il fascio di raggi X non è monocromatico:

Le componenti meno energetiche sono attenuate maggiormente, dunque si ha come risultato uno spettrocon una frazione incrementata di raggi energetici.

Caso monocromatico

Caso policromatico

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti: beam hardening

Soluzioni:pre-elaborazione

post-elaborazione

acquisizione multispettro

Caso ideale

Caso reale(sperimentale)

Mis

ure

di µ

Spessore di un mezzo omogeneo

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti: effetto di volume parziale

Grosse sezioni tomografiche

Strutture ad alto contrastoparzialmente incluse

Sorgente di dimensionefinita

Campionamento discreto

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti metallici

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

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti da movimento

θ=0o

θ=90o

Time varying phantom

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti: effetto cono

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

Sezione ellittica simile al ‘volume averaging’

• Spirale• Interpolazione

DEI - Univ. Padova (Italia)

Artefatti: effetto cilindro

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

• Spirale• Interpolazione

• Distorsione• Shift di attenuazione

DEI - Univ. Padova (Italia)

Il rumore: elettronica

• Amplificatori• Convertitori analogico/digitale

GaussianoMedia nulla

Indipendente dal segnale

DEI - Univ. Padova (Italia)

Il rumore: conteggio dei fotoni

Modello del conteggio di fotoni:processo di Poisson

Meno fotoni ho maggiore è l’errore

DEI - Univ. Padova (Italia)

Il rumore: conteggio dei fotoni

Se µ=N la varianza è anch’essa σ2=N

L’errore relativo diminuiscecon N