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Strumentazione Biomedica 2

Tomografia computerizzata a raggi X - 1

DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiologia convenzionale


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


Radiografia Convenzionale: Limitazioni

Non è possibile distinguere i varii tessuti molli

Non è possibile avere informazioni densimetriche quantitative


Tomografia convenzionale


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


Radiologia e Tomografia Convenzionali


Tomografia Assiale Computerizzata

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

• Idea di un tomografo: Cormack 1960

• Primo scanner: Hounsfield 1973


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


Tomografia a raggi X

• scanner raggi X• elaboratore per

ricostruzionericostruzioneimmagineimmagine (“no fotografia”)



APERTURA

TUBO RADIOGENO

RIVELATORI



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



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


Principio di funzionamento

Sistema TC



tyx =+ θθ sincos

1sincos tyx =+ θθ

θ

y

x



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

θ

y

x),( yxf

θ

y

x



• Profilo di assorbimento (proiezione) con traslazione

• Proiezioni multiple con rotazione• Algoritmi di ricostruzione da

proiezioni



proiezione

retroproiezione


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


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


Geometrie di scansione: II generazione


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



Rivelatore danneggiato

Artefatto d’anello


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


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.


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



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


CT elicoidale (spiral CT): slip ring


CT elicoidale (spiral CT): interpolazione


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)



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).


Caratterizzazione: SSP

Slice Sensitivity Profile (SSP):

• Larghezza della sezione nell’immagine

• Influenza dei dettagli sulla formazione dell’immagine


Caratterizzazione: SSP

Pitch=1.0

Pitch=2.0

Interpolazionea 180°

Interpolazionea 360°

Dimensione nominaledella sezione

Slice SensitivityProfile


Tomografia a fascio elettronico

• Difficoltà esami cardiaci• Eliminazione tutti i movimenti meccanici

• CVCT: CardioVascular Computed TomographyEBT: Electron Beam Tomography

• 50 ms per slice


Tomografia a fascio elettronico


Principali componenti


Principali componenti

Percorso dei raggi X


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


Sensori

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