3. Elaborazione dell’immagine e post-processingextras.springer.com/2006/978-88-470-0509-9/disk 1/Documenti... · so scanner TC di un secondo sistema tubo-detettore, riducendo in

3.1 Introduzione

L’introduzione della tomografia compute-rizzata (TC) nel 1971 ha sicuramente cam-biato la figura del medico radiologo in ambi-to clinico. La tecnologia ha supportato losviluppo di tale metodica,apportando nuovemodifiche e cambiando completamente ilconcetto della TC in un lasso di tempo infe-riore a 20 anni. La vera innovazione si èavuta nel 1990 con l’innesto della “tecnolo-gia spirale” e la sua successiva evoluzionein tomografia “volumetrica multidetettore”,aprendo in tal modo nuovi orizzonti inambito diagnostico e introducendo concet-ti completamente nuovi come quello di “tec-nica di imaging 3D” e “angiografia TC”.

In particolar modo l’introduzione diopportune tecniche di sincronizzazioneelettrocardiografica ha consentito di esa-minare il cuore e il circolo coronarico inassenza di artefatti da pulsazione, che ren-devano impossibile, con la passata tecno-logia,l’analisi di tale distretto.L’innovazionetecnologica ha portato in breve tempo allosviluppo di apparecchiature dotate di detet-tori con una risoluzione spaziale sub-mil-limetrica, con un incremento progressivodegli elementi rilevatori (4, 8, 16 e 64 sli-ces) e di tubi radiogeni in grado di eroga-re correnti a elevata intensità (sino a 800

mA) in pochi centesimi di secondo. [1-10]Inoltre, la stessa risoluzione temporale hasubito notevoli miglioramenti non soloaumentando la velocità di rotazione delsistema tubo-detettore, passando da 0,5 sec(tomografi a 4 strati) a 0,33 sec (recentitomografi a 64 strati), ma dotando lo stes-so scanner TC di un secondo sistema tubo-detettore, riducendo in tal modo la risolu-zione temporale da 250 msec (dei primisistemi) a circa 80 msec. Oggi l’imagingcardiaco con TC è una nuova realtà e sipresenta come una concreta e valida alter-nativa alla coronarografia digitale nellavalutazione della patologia coronarica.

La possibilità di ottenere una copertu-ra volumetrica di un distretto corporeo,come il cuore, in breve tempo (tomogra-fi a 64 strati 5-11 sec) e a uno spessore distrato di 0,625 mm genera una sequenzadi circa 200 sezioni trans-assiali nel casodi un circolo coronarico nativo e di 400sezioni nella stima di un soggetto dove èrichiesta la valutazione di un follow-uppost-operatorio per bypass aorto-corona-rici. Ciò comporta la gestione di un’im-pressionante quantità di dati, che deveessere assolutamente rielaborata e proces-sata su postazioni dedicate, al fine di otte-nere un imaging 3D e simil-angiograficonecessario a una diagnosi mirata.

Cardio-TC: tecnica e applicazioni

25

3. Elaborazione dell’immagine e post-processing

Andrea Romagnoli, Massimiliano Sperandio, Giovanni Simonetti

3.2 Risoluzione temporale

Nell’esecuzione di un esame coronarogra-fico con TC è fondamentale correlare la fre-quenza cardiaca del paziente all’opportunarisoluzione temporale dello scanner impie-gato, dove per risoluzione temporale s’in-tende il tempo impiegato dal sistema tomo-grafico nell’ottenere i dati necessari a ela-borare una singola immagine assiale. In let-teratura è stata ormai ribadita più volte lanecessità di lavorare con un ritmo cardia-co sinusale e una frequenza cardiaca <70bpm: nel caso non si presenti tale condi-zione sarà opportuno pianificare una vali-da terapia bradicardizzante da gestire a scel-ta dall’operatore in base alle differenti con-dizioni cliniche, ad esempio somministra-re una dose di beta-bloccante orale nei 60-

90 minuti prima dell’indagine o in alterna-tiva una terapia domiciliare nei 4/5 giorniche precedono la procedura. Nel caso in cuitali condizioni vengano rispettate sarà pos-sibile utilizzare una risoluzione temporaledi 250 msec con tomografi a 4/8 strati o di165 msec con scanner a 16 strati, ottenen-do le informazioni necessarie alla compo-sizione di una singola immagine da un solociclo cardiaco; tale protocollo per questomotivo è anche denominato single-segment-reconstruction (Figura 1). Adottando taleprogramma sarà possibile acquisire l’inte-ro volume d’esame nel minor tempo pos-sibile e con la miglior risoluzione di con-trasto e spaziale; nel caso la frequenza car-diaca si presenti >70 bpm non sarà possi-bile ricorrere alla single-segment-reconstruc-tion, ma risulterà opportuno ottenere i vari

Elaborazione dell’immagine e post-processing

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Figura 1

Schema rappresentativo delle modalità di acquisizione dei dati fondamentali necessari per elaborare una singola immagine conla tecnica single-segment-reconstruction.

250 msec risoluzione temporale

dati non più da un singolo ciclo, ma neces-sariamente da multipli cicli cardiaci (multi-segment-reconstruction) (Figura 2); questosecondo protocollo sarà notevolmentedipendente dalla frequenza del paziente ela risoluzione temporale sarà uguale a:

tempo di rotazione2N

dove N corrisponderà al numero di ciclicardiaci necessari ad acquisire i dati utiliper una singola immagine. Nel caso in cuisi debbano utilizzare 2 cicli cardiaci perottenere le informazioni utili la risoluzio-

ne spaziale risulterà di 125 msec per untomografo a 4/8 strati e 105 msec per unoa 16 strati.

Nel risultato finale si avrà una scansio-ne più lunga rispetto a quella eseguita inun soggetto con frequenza ≤70 bpm e unaqualità dell’imaging sicuramente inferiore.

3.3 Risoluzione spaziale

Tecnicamente si può usufruire di una sele-zione piuttosto ampia relativa alla colli-mazione dello spessore di strato, essen-


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Figura 2

Schema rappresentativo delle modalità di acquisizione dei dati fondamentali necessari per elaborare una singola immagine conla tecnica multi-segment-reconstruction.

Tecnica multi-segmentale

Risoluzione temporale di 65 msec

do attualmente in uso due differenti con-figurazioni di detettore, rispettivamente:• detettore a configurazione fissa (FAD

= Fixed Array Detector) composto daelementi di uguale ampiezza lungo l’as-se z; tale dimensione rappresenta ilminimo spessore ottenibile; nel casosia richiesta una collimazione supe-riore gli elementi adiacenti vengonoattivati in modo combinato in base alleesigenze tecniche; [5]

• detettore a configurazione adattativa(AAD = Adaptative Array Detector): inquesto sistema avremo degli elementicon diverse dimensioni lungo l’asse z.Tali celle di detezione aumentano il lorospessore nelle porzioni più esterne del-l’elemento rilevatore in maniera sim-metrica in entrambe le direzioni; [6] lastruttura di un detettore di una TC a 4strati presenterebbe uno schema qui diseguito mostrato in maniera esplicati-va: 5-2,5-1,5-1-1-1,5-2,5-5 e nella colli-mazione richiesta di 4 × 1 solamente idetettori centrali sarebbero completa-mente attivi mentre i due esterni a 1,5solo parzialmente illuminati.

Nei tomografi a 4 e 8 strati si disponedi una collimazione minima, che varia da1,25 mm a 1 mm, in base alle differenti casecostruttrici; per passare a una risoluzionesubmillimetrica occorre introdurre tomo-grafi a 16 strati (Figura 3) dotati di una col-limazione effettiva di 0,625 mm aumentan-do notevolmente la risoluzione lungo l’as-se z. Con tali accorgimenti tecnici si è pas-sati a una risoluzione di 0,6 × 0,6 × 1,0 mmdei tomografi a 4/8 strati [7] e 0,5 × 0,5 ×

0,6 mm con quelli a 16 strati; inoltre, ilrecente sviluppo dei nuovi scanner a 64 stra-ti ha permesso di raggiungere una risolu-zione spaziale di 0,4 × 0,4 × 0,4 mm. [8]

Gli sviluppi futuri prevedono già diabbattere la risoluzione spaziale da pocoraggiunta con l’innesto dei nuovi prototi-pi dotati con il Flat Panel Detector (FPD),che consente di ottenere un voxel delledimensioni di 0,25 × 0,25 × 0,25 mm [9]e di avvicinarsi alla risoluzione della coro-nografia tradizionale di 0,2 × 0,2 mm. [10]

3.4 Gating retrospettivo e ricostruzione dell’immagine

La sincronizzazione elettrocardiograficaretrospettiva prevede un’acquisizione con-tinua per tutta la durata della scansione eper l’intero ciclo cardiaco. Pertanto, retro-spettivamente andranno estratti dai datigrezzi precedentemente acquisiti i vari dataset necessari a individuare la percentualedel ciclo cardiaco libera dagli artefatti dapulsazione, da cui sarà possibile ottenereinformazioni diagnostiche.

A tal riguardo bisogna prendere in esameil modo in cui i vari rami coronarici decor-rono lungo la superficie cardiaca e soprat-tutto quali strutture cardiache risentonomaggiormente il movimento, in funzionedei rispettivi rapporti spaziali.

La coronaria di destra, che emerge dalseno aortico di destra,decorre lungo il solcoatrio-ventricolare entrando in stretto con-tatto con l’atrio di destra e dimostrando dirisentire di un lieve movimento rispetto alvaso opposto; al contrario la coronaria di


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sinistra (tronco comune, discendente ante-riore, circonflessa e i rispettivi vasi minori)risente delle contrazioni del ventricolo disinistra e di conseguenza è caratterizzata daun’escursione superiore. [11] Secondo que-sti accorgimenti si avrà che la coronaria didestra richiede un intervallo di ricostruzio-ne più precoce equivalente a una tele-sisto-le. Per quanto riguarda la coronaria di sini-stra, invece, saranno validi intervalli di rico-struzione più tardivi, ossia l’equivalente diuna diastole/tele-diastole. Per ottenere talescopo una volta acquisito il volume si effet-tuano le ricostruzioni dei dati grezzi otte-nuti partendo dal 30% dell’intervallo R-Rsino all’80% dell’intervallo R-R.

Dunque risulta di fondamentale impor-

tanza la scelta del data set più valido (Figura4); nel processo di ricostruzione dell’im-magine possono essere impiegate ben quat-tro differenti tecniche [12-14] per ottene-re valide finestre temporali di ricostruzio-ne (Figura 5):• percentuale di ritardo sulla base del-

l’onda R (Figura 5 A);• ritardo assoluto prospettico sulla base

dell’onda R (secondo questo protocollosarà possibile rielaborare un data setd’immagini secondo un valore tempo-rale stabilito rispetto alla precedente ondaR, ad esempio 650 msec) (Figura 5 B);

• intervallo assoluto inverso sulla base del-l’onda R (con questo programma si otter-rà un data set d’immagini sempre for-


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Figura 3

Si possono osservare le notevoli differenze tra un esame cardio-TC eseguito con un tomografo a 4 strati (A) e un tomografo a16 strati (B). Lo stesso paziente è stato sottoposto a un nuovo controllo dopo tre anni dalla prima scansione TC. Si documen-tano gli esiti dell’intervento di duplice bypass, rispettivamente arteria mammaria interna sinistra (AMIS) su arteria discenden-te anteriore e graft safenico su ramo marginale ottuso, entrambi pervi. L’introduzione della tecnologia a 16 strati ha apportatoun rilevante incremento della risoluzione spaziale e temporale ottenendo un notevole vantaggio sulla qualità diagnostica del-l’indagine.

A B

nendo uno specifico valore temporale,ma in questo caso rispetto all’onda Rche segue, dunque s’imposterà un valo-re negativo -350 msec) (Figura 5 C);

• fine della finestra temporale in corri-spondenza del vertice dell’onda P(secondo quest’ultimo protocollo otter-remo un data set che equivale alla telediastole poco prima dell’inizio di unanuova sistole) [15] (Figura 5 D).

Attualmente in letteratura non è statodocumentato il reale vantaggio dell’una odell’altra tecnica; il tutto appare fortemen-te ricondotto all’esperienza dell’operato-re e dal sistema software/hardware di cuisi dispone.

Comunque, nell’ottica generale di otte-nere la migliore finestra temporale diagno-stica, non deve essere mai dimenticato ilpunto fondamentale di questa metodicad’indagine,cioè quello di disporre di pazien-ti che presentino una frequenza cardiaca≤70 bpm e un ritmo sinusale,perché in que-sta condizione ottimale il periodo diastoli-co/tele-diastolico, nel quale il miocardio sitrova in una condizione di riempimento iso-volumetrico pressoché immobile, è sicura-mente il momento ideale per valutare il cir-colo coronario. Paradossalmente nei casi in


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Figura 4

Le immagini documentano una ricostruzione multiplanarecurva (MPR-curva) della coronaria di destra,dall’ostio coronaricosino al suo terzo medio, in differenti fasi del ciclo cardiaco; inol-tre ogni ricostruzione è stata correlata alla posizione a cui corri-sponde nell’intervallo R-R. In tal modo è possibile valutare la pre-senza degli artefatti per ogni data set e scegliere il migliore perle considerazioni diagnostiche del caso.Dall’immagine si evincecome sicuramente l’80% (E) sia il data set esente da artefatti damovimento.

A

B

C

D

E

cui si assiste a un incremento della frequen-za cardiaca in corso d’acquisizione, le fine-stre temporali che appaiono di maggior inte-resse diagnostico sono sicuramente quelleottenute al 30, 40, 50% dell’intervallo R-R.Ciò avviene per un semplice motivo: poi-ché in questi intervalli osserviamo unmuscolo cardiaco che si trova in una con-dizione di sistole isovolumetrica, di conse-

guenza il cuore appare praticamente immo-bile o almeno con movimenti ridotti.

Durante l’acquisizione di un esamecardio-TC può accadere che sopraggiun-ga un battito ectopico sopraventricolare(prematuro), tale da inficiare la resa dia-gnostica dell’indagine: in questo casoavviene che,mentre tutti i battiti che com-pongono il tracciato registrato vengono


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Figura 5Rappresentazione schematica ed esem-plificativa dei vari protocolli di ricostru-zione retrospettiva, che possono essereadottati per ottenere la finestra tempo-rale in modo da poter scegliere il dataset diagnostico opportuno: A) tecnica diricostruzione basata sulla percentualedell’intervallo R-R, nel quale il 70% corri-sponde a una piena fase diastolica. Talemomento, nel caso in cui venganorispettate le condizioni di frequenza car-diaca ottimale, risulta essere il più validoper fornire un giudizio diagnostico sul-l’albero coronarico completo; B) tecnicadel ritardo assoluto prospettico, nelquale si sceglie un opportuno ritardorispetto al picco dell’onda R precedentee dal quale si fa iniziare la ricostruzionedel data set; C) tecnica dell’intervalloassoluto inverso, ossia in questo caso ilpunto di riferimento consiste nel piccodell’onda R che segue; D) secondo que-st’ultimo protocollo il momento da cuiparte la ricostruzione del data set inizia ametà dell’onda P, proprio al suo picco;che da un punto di vista meccanicodella fisiologia cardiaca corrisponde almomento finale della tele-diastole pocoprima della sistole.

+650 msec +650 msec

-350 msec -350 msec

A

B

C

D

ricostruiti in telediastole, il battito ecto-pico viene rielaborato in protodiastolecreando un vero e proprio salto nel cam-pionamento dell’immagine. Proprio perovviare a tali inconvenienti, puramenteaccidentali e inaspettati, alcuni softwaredi sincronizzazione elettrocardiograficadispongono di opportuni protocolliaggiuntivi, che consentono di evitare laricostruzione dell’immagine in corri-spondenza del battito ectopico cancellan-dolo dal tracciato acquisito e di campio-nare più finestre temporali nella diasto-le del battito che segue l’extrasistole,essendo più lunga per via della fase com-pensatoria tipica.

3.5 Incremento di ricostruzione e filtri immagine

Con le attuali apparecchiature tomografi-che multidetettore, eseguendo un’acquisi-zione volumetrica spirale è possibile, suc-cessivamente all’acquisizione, rielaborare idati acquisiti, non solo ottenendo i varidata sets in differenti finestre temporali(caratteristica fondamentale per le finalideduzioni diagnostiche in un esame car-dio-TC), ma è possibile ottenere vari datasets anche a diversi valori di collimazione(spessore di strato) ovvero, opzione anco-ra più utile, sarà possibile scegliere unopportuno incremento di ricostruzione pereseguire un overlapping (sovrapposizione)di due strati adiacenti. Non ultima la pos-sibilità di ricostruire il volume d’esamevariando il filtro di convoluzione da “stan-dard”, così da ottenere un data set con un

filtro ad alta frequenza, al fine di ridurreeventuali artefatti o mettere in risalto alcu-ne caratteristiche del distretto oggetto distudio.

Nel caso di un esame eseguito a unacollimazione di 0,625 mm, un overlappingdel 50% è sicuramente ottimale (overlapdi 0,3-0,4 mm), aumentando in questomodo la risoluzione spaziale e, per quan-to possibile,riducendo gli artefatti da volu-me parziale e da indurimento del fascio(beam-hardening), specialmente nellevalutazioni di devices metallici (stent) ein presenza di placche calcifiche a “mani-cotto”, che tendono a nascondere il lumecoronario. Per ovviare a questi artefattiappare utile l’opzione per alcuni tomo-grafi di poter accedere ai filtri di convo-luzione (kernel) e di cambiare al momen-to della ricostruzione del data set il filtrod’acquisizione. Il filtro di convoluzioneviene impiegato per ottimizzare,nella resafinale dell’imaging, il rapporto tra la riso-luzione spaziale e il rumore di fondo del-l’immagine. Il rumore solitamente riducela risoluzione di contrasto e, in questomodo, la capacità di poter differenziarestrutture che presentano una minima dif-ferenza di attenuazione rispetto alle strut-ture circostanti. Nella quotidiana attivitàdiagnostica possiamo affermare come perlo studio di strutture parenchimali qualifegato o pancreas risulti fondamentaleun’ottima risoluzione di contrasto; al con-trario, nella valutazione di minimi cam-biamenti morfologici, come nel polmoneo nell’osso, si preferisce una miglior riso-luzione spaziale. L’impiego di filtri ad altafrequenza (HR sharp kernel) aumenta


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sicuramente la risoluzione spaziale adiscapito di un maggior rumore dell’im-magine; nel frattempo filtri a bassa fre-quenza riducono sia la risoluzione spa-ziale sia il rumore di fondo. [16]

Solitamente in un esame cardiaco, comepre-impostato dalla casa produttrice, sonoimpiegati kernel medi per tessuti molli, ma,nel caso in cui sia richiesta la valutazionedi uno stent metallico o di segmenti coro-narici diffusamente calcifici, l’impiego difiltri ad alta frequenza (sharp kernel) puòin parte ovviare a tali problemi, anche seil rumore di fondo tende a incrementarsi.

In quest’ottica alcune case produttrici sisono adoperate e hanno elaborato filtri(noise reduction filters) che tendono a ridur-re l’aumento del rumore attribuito al ker-nel ad alta frequenza, così da poter ridur-re ai minimi termini gli artefatti da bloo-ming in corrispondenza delle maglie dellostent o a ridosso di una placca calcifica este-sa a tutta la circonferenza del vaso e, in par-ticolar modo relativamente a quest’ultima,si nota un aumento del valore medio d’at-tenuazione all’aumentare della frequenzadel filtro impiegato, ottenendo una migliordemarcazione dei limiti della placca ogget-to di studio. [17, 18]

3.6 Post-processing dell’immagine

Il post-processing dell’imaging, con l’in-troduzione della TC multidetettore, èdiventato un momento fondamentale del-l’iter diagnostico, che richiede un temponotevolmente superiore rispetto a quelloimpiegato ad acquisire l’esame, ma rima-

ne del tutto legato all’esperienza e all’abi-lità dell’operatore nel saper ottimizzare ivari protocolli di post- processing di cuidispone. Nel caso di un’indagine cardia-ca devono essere esaminati numerosi datasets d’immagini e occorre rielaborarlisecondo protocolli di ricostruzione, sia2D, sia 3D. Le postazioni (work-stations)espressamente dedicate sono dotate diprogrammi complessi, rispettivamente,protocolli di ricostruzione multiplanare(MPR 2D e angio curve 2D), massimaintensità di proiezione (MIP) e, infine, lericostruzioni tridimensionali (VR).

3.6.1 Ricostruzioni multiplanari:ricostruzione multiplanare e angio curve 2D

Attualmente le ricostruzioni multiplanarisono le più usate e di primo approccio aqualsiasi esame TC. Tali protocolli consen-tono la visualizzazione del volume acqui-sito nei differenti piani dello spazio e secon-do opportuni punti di vista orientati infunzione delle esigenze del medico radio-logo. Inoltre, in particolar modo nello stu-dio vascolare e soprattutto nello studiodelle coronarie,è possibile ricorrere a rifor-mattazioni multiplanari curve 2D: con taleprotocollo,tracciando un percorso appros-simativamente lungo l’asse centrale dellastruttura d’interesse, si potrà evidenziaresu di un unico piano 2D strutture ad anda-mento più o meno tortuoso, che attraver-sano più strati del nostro volume d’acqui-sizione. Inoltre, una volta completata laricostruzione sarà possibile ruotare lastruttura di 360º sull’asse tracciato in modo


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Figura 6

Ricostruzione multiplanare curva secondo protocollo automatizzato dopo avere opportunamente posizionato i tracker in corri-spondenza dei segmenti coronarici da valutare. Rispettivamente vengono documentati: A) l’origine della coronaria sinistra conla circonflessa sino al terzo distale del ramo marginale ottuso, che decorre lungo la parete libera del ventricolo di sinistra; B) l’ori-gine della coronaria di sinistra dal tronco comune documentando in maniera esaustiva l’intero percorso dell’arteria discenden-te anteriore sino all’apice cardiaco; C) la coronaria di destra, in questo caso dominante; si valuta l’intero percorso sino alla cruxdel cuore, dove si osserva l’origine della discendente posteriore, che decorre a livello del solco interventricolare posteriore; D)un nuovo piano, sempre ottenuto attraverso un’analisi avanzata vascolare, che documenta l’arteria discendente anteriore nellasua interezza.

A B

C D

da poter valutare tridimensionalmente lepareti vascolari in esame. Questa varian-te “curva” delle ricostruzioni multiplana-ri può essere eseguita manualmente, se lapostazione impiegata consente di visualiz-zare contemporaneamente i tre piani nellospazio, ovvero in caso contrario si ricor-re a una traccia automatica, che prevedeil posizionamento di alcuni tracker lungoil decorso della struttura e in automaticoil programma, nel momento in cui vieneposizionato il punto di chiusura, elaborala curva (protocollo di analisi vascolareavanzata, AVA) (Figura 6). Allo stessotempo, ci permette di visualizzare un per-fetto piano assiale traverso del vaso lungotutto il suo decorso, senza deformazionidel lume legate a eventuali imprecisionigeometriche dell’operatore nella disposi-zione del piano di vista.

3.6.2 Massima intensità di proiezione

Una volta scelti i piani di maggior inte-resse si potranno ottenere, attraverso l’al-goritmo di ricostruzione MIP,delle imma-gini angiografiche. Questo protocollo diricostruzione valuta i voxel presenti lungouna determinata linea, precisamente dalpunto di osservazione all’immagine ecompresi in un determinato volume pre-cedentemente stabilito, e metterà in evi-denza solamente i voxel con maggior den-sità, ossia quelli in corrispondenza distrutture vascolari,dopo somministrazio-ne di mdc e quelli a livello di struttureossee o placche calcifiche.

Tale algoritmo, di sicura utilità, presen-ta però alcuni difetti come quello di nascon-

dere fini reperti, come nel caso di flap inti-mali, che possono non venire diagnostica-ti nel momento in cui si effettua una rico-struzione MIP a uno spessore superiorerispetto al calibro del vaso. Dunque, quan-do si elaborano tali ricostruzioni sul circo-lo coronarico occorre utilizzare spessori nonsuperiori a 5 mm per evitare di perderealcuni reperti fondamentali.

Inoltre gli ultimi software aggiornati con-sentono di ottenere ricostruzioni MIP 3D,che elaborano una visione panoramica ecompleta del circolo coronarico, effettuan-do un’automatica sottrazione delle camerecardiache, che ostacolerebbero la correttavalutazione luminografica (Figura 7).


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Figura 7

Esempio di ricostruzione MIP 3D panoramica di un circolocoronarico nativo esente da patologia ateromasica. Il proto-collo di ricostruzione consente di valutare completamente irami coronarici sino ai tratti distali, senza alcun impedimentoda parte delle camere cardiache, che vengono sottratte.Esame eseguito con un tomografo dotato di un detettore a64 strati. La rapidità d’acquisizione permette di ottenere unafase completamente arteriosa.

3.6.3 Ricostruzioni tridimensionali:Volume Rendering

Tra le tecniche di ricostruzione tridimen-sionale vanno menzionate rispettivamen-te il Shaded Surface Display (SSD) e ilVolume Rendering (VR).

La prima metodica consiste in una rico-struzione tridimensionale prettamente limi-tata alla superficie della struttura in esamee, a tal riguardo, è apparsa fortemente osta-colata da artefatti e scarsamente precisa.

Al contrario, il VR risulta un proto-collo più completo dal punto di vistainformativo, poiché fornisce completa-mente i dati utili alle caratteristiche 3D

dell’oggetto in esame, sostituendo com-pletamente il SSD. Attualmente le rico-struzioni VR sono impiegate nei molte-plici protocolli TC in differenti distretticorporei, ma sicuramente lo studio car-diovascolare è l’impiego ottimale di talealgoritmo, che fornisce ricostruzioni 3Ddelle strutture d’interesse elaboratesecondo diversi livelli di opacità e ombreg-giatura di superficie e di prospettiva.

Inoltre, selezionando opportuni livel-li di soglia sarà possibile ottenere rico-struzioni 3D del solo letto coronarico conuna completa sottrazione del muscolo car-diaco e delle relative camere, o in alter-nativa ottenere una trasparenza delle stes-


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Figura 8

Ricostruzione VR di un circolo coronarico nativo senza alterazioni parietali significative. A) valutazione VR completa del circolo coronari-co con completa sottrazione del muscolo cardiaco: è possibile valutare perfettamente le strutture vascolari coronariche, anche in corri-spondenza dei rami di divisione più distali; B) VR di un circolo coronarico nativo con una parziale sottrazione delle camere cardiache,ottenute selezionando opportuni valori di soglia.Esame acquisito con TC volumetrica a 64 strati.

A B

se potendo valutare sempre i rami coro-narici e i rispettivi rapporti con il mio-cardio (Figura 8).

3.7 Post-processing del miocardio e del circolo coronarico

Il primo step per poter ricostruire unesame cardiaco è quello di valutare dap-prima le immagini assiali dei diversi datasets ottenute durante la fase di rielabora-zione; si passa poi alla valutazione macro-scopica della struttura miocardica consi-derando entrambi gli atri e i ventricoli eil relativo spessore miocardio, accertan-dosi dell’eventuale presenza di assottiglia-menti o ipertrofie di verosimile natura

patologica. Tale valutazione può esserefornita attraverso una semplice formatta-zione secondo piani ecocardiografici stan-dard ottenibili tramite ricostruzioni mul-tiplanari. È fondamentale valutare alme-no tre piani, rispettivamente: asse lungo2 camere atrio-ventricolare, asse corto bi-ventricolare e, infine, asse lungo quattrocamere (Figura 9). Per ottenere tali pianidi valutazione si inizia dalle immaginiassiali, che non presentano artefatti damovimento,su cui s’imposta la prima rico-struzione MPR, il cui asse risulterà paral-lelo al setto interventricolare così da otte-nere un piano asse lungo 2 camere (atrio-ventricolo). Successivamente, la secondaricostruzione viene impostata con l’asseperpendicolare al setto interventricolare


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Figura 9

Esempi di ricostruzioni MPR, secondo gli ormai convalidati piani ecocardiografici, rispettivamente: A) asse lungo due camere, in alcunicasi definito anche tre camere per la completa visualizzazione del cono d’eiezione aortico insieme all’atrio e al ventricolo sinistro;B) asselungo quattro camere, che documenta in modo completo contemporaneamente le sezioni del cuore di destra e di sinistra e il piattovalvolare atrio-ventricolare (Ao = aorta,Vsn = ventricolo di sinistra,Asn = atrio di sinistra,Vdx = ventricolo di destra,Adx = atrio di destra).

A B

cercando di coprire con il volume di rico-struzione il cuore per tutta la sua esten-sione, almeno dall’apice ventricolare sinoal piatto valvolare atrio-ventricolare for-nendo, in questo modo, un asse cortobiventricolare. Per ultimo, l’asse lungoquattro camere si otterrà posizionando ilpacchetto di ricostruzione su di un pianocoronale obliquo, più precisamente unpiano asse corto biventricolare, perpen-dicolarmente al setto interventricolare.

La successiva valutazione interessa lavalvola aortica e la valvola mitrale: sem-pre tramite ricostruzioni multiplanari sieffettua una valutazione prettamentemorfologica, come l’eventuale presenzadi una valvola aortica bicuspide, di cal-cificazioni diffuse a carico dei lembi edell’anulus valvolare e di protesi valvola-ri (Figura 10).


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Figura 10

Ricostruzione MPR assiale, rispetto al piano valvolare aortico,che documenta perfettamente i lembi valvolari delle trecuspidi aortiche, a carico delle quali si segnalano multipleimmagini iperdense riferibili a calcificazioni valvolari.

Figura 11

Ricostruzioni MPR-MIP:A) Immagine assiale traversa,su cui viene impostato il piano di ricostruzione multiplanare; l’asse viene posizionatoparallelamente al piano atrio-ventricolare lungo il decorso della coronaria destra; B) secondo quest’asse, con un MIP a strato sottile, saràpossibile valutare l’intero decorso della coronaria di destra dalla sua origine sino alla crux del cuore, dove emerge l’arteria discendenteposteriore.

A B

Terminato il primo step del percorsodiagnostico di un esame cardio-TC, seguela valutazione del circolo coronarico nati-vo: [19] anche in questo caso il punto dipartenza prevede una prima analisi conricostruzioni multiplanari eseguite supiani specifici e validi per ogni corona-ria; su tali piani si potranno eseguire deiMIP a strato sottile (5-8 mm) ottenendodelle riformattazioni paragonabili conviste simili a quelle coronarografiche.

Uno dei piani ottenibili,particolarmen-te utile all’analisi dei segmenti coronarici,è sicuramente quello passante per il pianoatrio-ventricolare, dove con minimi movi-menti del punto di vista dell’osservatoresarà possibile esaminare l’arteria corona-ria di destra per tutta la sua estensione,dall’origine sino alla crux cardiaca (Figura11 A-B) e,allo stesso tempo,si potrà apprez-

zare il decorso dell’arteria circonflessa(Figura 12) sulla restante emiporzione delpiano atrio-ventricolare di sinistra.

Il successivo passaggio prevede lavisualizzazione di un piano passante perla base cardiaca, tra la cupola diaframma-tica e la porzione inferiore del ventricolodi sinistra, impostato su di una riformat-tazione coronale obliqua (Figura 13): inquesto modo avremo contemporaneamen-te il terzo distale della coronaria di destra,la discendente posteriore lungo tutto il suodecorso a livello del solco interventricola-re posteriore e l’eventuale presenza di unramo postero/ventricolare che potrebbeemergere consecutivamente all’arteriadiscendente posteriore sempre dalla coro-naria di destra. Tale aspetto è di notevoleimportanza poiché ci consentirà di stabi-lire la dominanza del circolo coronarico


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Figura 12

Ricostruzioni MPR-MIP: A) Sezione assiale traversa su cui si imposta un piano parallelo al piatto atrio-ventricolare, simile a quel-lo impiegato alla valutazione della coronaria destra, ma centrato a livello della circonflessa; B) secondo questa ricostruzione MIPsi esaminerà il terzo prossimale e medio dell’arteria circonflessa.

A B

essendo possibile, attraverso questa proie-zione, esaminare contemporaneamente ilterzo distale della circonflessa e l’ultimaporzione della coronaria di destra.

Per completare l’esame della circonfles-sa occorre valutare gli eventuali rami mar-ginali ottusi che essa fornisce per l’irrora-zione della parete libera del ventricolo disinistra: queste strutture possono general-mente variare in numero, ma solitamentesono una o al massimo due. Esse sonovisualizzabili con dei piani sagittali obliqui,orientativamente tangenziali alle porzionisuperiori del ventricolo di sinistra (che con-sentono di documentare la biforcazione trala circonflessa e il corrispettivo ramo mar-ginale che sta emergendo),e completati conulteriori piani sagittali obliqui lungo il mar-gine laterale del ventricolo di sinistra per

valutare il terzo medio distale di questi vasi(Figura 14).

Per valutare la reale pervietà del tron-co comune solitamente si adoperano delleriformattazioni assiali rispetto al piano val-volare aortico leggermente inclinato secon-do una direzione cranio-caudale e correla-to con opportuno algoritmo MIP; secondoqueste istruzioni non solo si valuterà l’ostiocoronarico di sinistra con il relativo tron-co comune, ma si visualizzerà anche l’ostiodella coronaria controlaterale (Figure 15 A-B).Orientando ulteriormente, in senso cau-dale,il piano precedentemente ottenuto conalgoritmo MIP, si visualizzerà il terzo pros-simale e medio dell’arteria discendenteanteriore,la biforcazione o un’eventuale tri-forcazione (completata con la presenza diun ramo intermedio) del tronco comune


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Figura 13

A) Piano coronale, nel quale in corrispondenza del diaframma si seleziona uno slab passante tra la base del cuore e la cupoladiaframmatica di sinistra; B) attraverso la geometria di questa ricostruzione sarà possibile valutare contemporaneamente il terzodistale della coronaria di destra, l’origine e il decorso della discendente posteriore e l’eventuale ramo posteroventricolare.Secondo questa visione si potrà stabilire la dominanza del circolo coronarico, potendo visualizzare anche la porzione distale del-l’arteria circonflessa, nel caso in cui la discendente posteriore emergesse da quest’ultima.

AB

e, inoltre, l’emergenza di rami diagonali sulversante della parete libera del ventricolosinistro, solitamente in numero di due (D1,D2) (Figura 15 C-D). Non è possibile valu-tare la presenza di eventuali rami settali,che originano sul versante settale delladiscendente anteriore,a meno che non risul-tino fortemente ipertrofici.

Per completare la visualizzazione delladiscendente anteriore è richiesto un ulte-riore piano sagittale obliquo, lungo ildecorso del setto interventricolare, checonsentirà di documentare il terzo mediodistale della discendente anteriore (DA)sino all’apice cardiaco, che solitamenteavvolge la punta del ventricolo di sinistra(Figura 15 E-F); occorre prestare moltaattenzione a non usare degli spessori MIPeccessivi, poiché si vuole documentare untratto con un calibro inferiore ai 2 mm e

solitamente a tale livello si apprezza undecorso altamente tortuoso. Con l’impie-go di questo piano sarà inoltre possibiledocumentare la presenza di eventuali trat-ti intramiocardici (bridge miocardici) soli-tamente del terzo medio-distale della DA.

A seguito di un idoneo studio con-dotto con ricostruzioni MPR-MIP si puòintegrare la valutazione con ricostruzio-ni MPR curve 2D se la coronaria presen-ta un decorso altamente tortuoso, men-tre nel caso si localizzi una lesione ate-romasica potrebbe rivelarsi utile una rico-struzione multiplanare perfettamenteortogonale al tratto vascolare in esame eottenere delle sezioni assiali traverse per-fette per quantificare la stenosi.

Al termine di questa dettagliata anali-si del circolo coronarico, si può integrarel’indagine con eventuali ricostruzioni tri-


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Figura 14

A) Sezione assiale traversa, sulla quale si orienta un piano perfettamente tangenziale alla parete libera del ventricolo di sinistra;B) in tal modo si otterrà una ricostruzione MIP, che consentirà di valutare l’origine e il decorso del ramo marginale ottuso.

A B

dimensionali VR, completando con unavisione d’insieme del miocardio e del cir-colo coronarico secondo molteplici puntidi vista (Figura 16).

Nell’eventualità di una valutazione distent coronarici il protocollo di studio èfondamentalmente sovrapponibile: sola-

mente se il tomografo che si utilizza loconsente sarà opportuno ottenere dei datasets con idonei filtri di convoluzione adalta frequenza, per una migliore valutazio-ne del lume all’interno delle maglie dellostent; in questo caso, gli algoritmi MIPrisulteranno completamente inutili per via


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Figura 15Ricostruzioni MPR-MIP: A) Ricostruzionemultiplanare coronale, che evidenzia ilcono d’eiezione aortico, il bulbo e l’aortaascendente; su tale piano sarà possibileimpostare uno slab parallelo e al di sopradel piano valvolare aortico; B) attraversoquesto piano saranno visualizzati contem-poraneamente entrambi gli osti coronarici;C) ricostruzione multiplanare coronale, sulquale si orienterà un piano di ricostruzioneassiale inclinato in senso cranio-caudaletangenziale alla porzione superiore delventricolo di sinistra; D) secondo questoslab si visualizzerà il tronco comune dellacoronaria di sinistra, la relativa biforcazione(con l’eventuale ramo intermedio nella pre-senza di una triforcazione della coronaria disinistra), l’origine della arteria discendenteanteriore sino al terzo medio e l’emergenzadel primo e secondo ramo diagonale; E)piano assiale traverso, su cui s’imposterà unasse di ricostruzione sagittale obliquo,rispetto al setto interventricolare; F) con laricostruzione MIP ottenuta si valuterà ilterzo distale della discendente anterioresino all’apice cardiaco.

A B

C D

E F

del device metallico (Figura 17)che nasconderà il lume vascola-re. In questo caso sono dirimen-ti le ricostruzioni MPR curve 2De assiali traverse dello stent, cosìda poter identificare un’eventua-le recidiva di malattia intra-stent(Figura 18).

Un’ulteriore situazione incui il nuovo cardioradiologopuò trovarsi, eseguendo esamicardio-TC, è sicuramente il fol-low-up di pazienti sottoposti aintervento di bypass aortoco-ronarici. [20] La struttura delbypass, sia questa arteriosa(arteria mammaria interna ograft radiale) o venosa (graftsafenico) in relazione alla scel-ta del chirurgo operatore,si pre-sta con grande facilità alla valu-tazione con TC multidetettore.Prima di tutto perché il bypass,escludendo la sua porzionedistale, che ovviamente è ana-stomizzata con la coronaria avalle dell’ostruzione, risultacompletamente esterna al cuoree non risente del suo movimen-to contrattile; inoltre il bypassaortocoronarico confezionatoin vena safena presenta un cali-bro sicuramente superiore aquello di un ramo coronarico.

Difficilmente si riscontranodiffuse ateromasie calcificheparietali, come nel circolo nati-vo coronarico, che tendono aostacolare la corretta visualizza-


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Figura 16

Ricostruzione tridimensionale VR secondo multipli punti di vista (A-H), cheattraverso un opportuno protocollo di segmentazione consente di visualiz-zare e documentare completamente il decorso e il rapporto delle strutturevascolari con il miocardio.

A B

C D

E F

G H

zione del lume; in compenso i graft safe-nici impiegati nel confezionare bypass aor-tocoronarici non presentano una grandelongevità in quanto manifestano una faci-le tendenza all’occlusione rispetto alle arte-rie mammarie interne, che invece hannoun’elevata percentuale di pervietà a distan-za. In questi esami è d’obbligo partire conuna ricostruzione 3D per avere un’imme-diata valutazione panoramica della nuovavascolarizzazione post-chirurgica; dunquevalutare essenzialmente quanti bypass sonopresenti, quanti in arteria e quanti in venae il relativo decorso più o meno tortuoso.Successivamente, si procede con algorit-mi MPR-MIP lungo il decorso del bypassed eventuale ricostruzione MPR curva 2D.Nell’eventualità di bypass venosi occlusi,questi sono facilmente rintracciabili sulleimmagini assiali eseguendo un semplicescroll del data set dove si identificano condei piccoli bulging sulla parete dell’aor-ta ascendente, reminiscenza dell’ormaiocclusa anastomosi prossimale.

L’ostacolo maggiore, in questi esamidi controllo, s’incontra quando sono pre-senti numerose clip metalliche a ridossodell’arteria mammaria impiegata, poichégli artefatti metallici tendono a oscurareil lume vasale; in particolar modo quan-do le clip sono più concentrate in corri-spondenza dell’anastomosi chirurgica. Inqueste condizioni sarà opportuno spro-iettare l’anastomosi con ricostruzioni MIPe VR e renderle accessibili al giudizio dia-gnostico dell’operatore.

Dopo aver opportunamente esaminatoil circolo coronarico e il muscolo cardiaco,deve essere sempre valutato il pericardio,


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Figura 17

A) Ricostruzione multiplanare curva 2D del tronco comune edel terzo prossimale-medio della discendente anteriore,a livel-lo del quale si documenta la presenza di stent metallico perfet-tamente pervio; B) ricostruzione AVA della coronaria di sinistradove, oltre a valutare la pervietà del device, si documenta l’ori-gine del primo ramo diagonale a livello del terzo prossimaledelle maglie dello stent.

Figura 18

A) Ricostruzione multiplanare curva 2D della coronaria didestra, che evidenzia la presenza di stent metallico (devicemedicato) a livello del terzo medio del vaso, che appare per-vio in assenza di stenosi intra-stent; B) sezione assiale traversain corrispondenza del terzo medio dello stent in esame, chene documenta la perfetta pervietà.

A B

A

B

dove non infrequentemente è possibile indi-viduare dei versamenti liquidi (Figura 19)o di verosimile natura saccata; fondamen-tale è inoltre l’identificazione di eventualicalcificazioni in corrispondenza dei fogliet-ti pericardici compatibili con eventuali esitidi pregressi eventi flogistici.

L’esame deve essere completato con lavalutazione di tutte le strutture che vengo-no incluse nel campo di vista;dunque occor-re esaminare il parenchima polmonare edepatico e, nelle donne, la porzione di ghian-dola mammaria sinistra (Figura 20) chepotrebbe essere inclusa nella scansione; iltutto per evitare di non segnalare eventua-li formazioni nodulari che necessitano diulteriore completamento diagnostico.

3.8 Artefatti

Essendo la cardio-TC una nuova indagi-ne strumentale, non è sicuramente rispar-miata dalla presenza di artefatti che, inparte, vengono corretti e ridotti da oppor-tuni accorgimenti tecnici con l’introduzio-ne di nuovi protocolli e opportune modi-fiche relative ai software d’esame. Altriartefatti possono al contrario essere cor-relati alla scarsa collaborazione del pazien-te,ad alterazioni elettrocardiografiche ina-spettate come un eventuale battito prema-turo durante l’acquisizione,che con i nuovitomografi varia tra i 5 e gli 11 sec.

Dunque, tra gli artefatti di più comu-ne riscontro vanno annoverati quelli damovimento, che possono essere legati aun’inadeguata apnea del paziente, ad attirespiratori in corso d’acquisizione (man-cata apnea): in tal caso occorre semprefornire spiegazioni il più complete pos-sibili al paziente al fine di ovviare a que-sti problemi.

Inoltre, una frequenza cardiaca eleva-ta, irregolare o la presenza di battiti ecto-pici sono le cause più frequenti di un esameche presenta numerosi artefatti “a scalino”.

In alcuni pazienti con habitus in sovrap-peso (obesità) o in soggetti femminili conipertrofia delle ghiandole mammarie si puòcreare la condizione di ottenere immaginicon notevole rumore di fondo e relativaperdita di risoluzione di contrasto. In que-sti casi è possibile ovviare aumentandonotevolmente il milliamperaggio del tuboradiogeno, in teoria sino a 800 mA, sem-pre che il tubo lo consenta.

Si può verificare una perdita di dati


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Figura 19

Ricostruzione MPR con algoritmo MIP a strato sottile, chedocumenta la presenza di abbondante quota di versamentopericardico a livello dei recessi inferiori. L’immagine rappre-senta il classico piano parallelo al piatto atrio-ventricolaredove si visualizzano rispettivamente la coronaria di destra el’arteria circonflessa.

nell’acquisizione stessa a causa di un’ecces-siva differenza tra gli atti respiratori ese-guiti dal paziente o da uno scorretto posi-zionamento del pacchetto di acquisizioneda parte dell’operatore sulla scout view; inquesto caso può accadere di non acquisi-re il tronco comune o di perdere l’arteriadiscendente posteriore. A tal riguardooccorre sempre avvertire il paziente di ese-guire dei respiri regolari e,ancora più impor-tante, bisogna sempre impostare il volumed’acquisizione in base ai dati pervenuti dauna preliminare scansione eseguita in con-dizioni basali e a basso dosaggio.

L’enhancement vascolare può nonessere valido: con i nuovi tomografi puòaccadere di essere più veloci del bolo di

mdc e, di conseguenza, non acquisire ilcorretto timing del circolo coronarico;può accadere, soprattutto con i tomogra-fi a 4/8 strati, di avere un enhancementinsufficiente a causa di un ritardo ecces-sivo nell’iniziare l’acquisizione rispetto alpotenziamento delle strutture vascolari.Per ovviare a questi problemi si può ricor-rere a una scansione con un bolo test,per calcolare il ritardo necessario per queldeterminato soggetto o in caso contrariosi può eseguire una scansione dinamicaa basso dosaggio, che monitorizza il pas-saggio del bolo di mdc in corrisponden-za dell’aorta e informa del relativo enhan-cement a quel livello, così da ottimizzarel’acquisizione con il corretto timing.


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Figura 20

Reperti collaterali, eventualmente riscontrabili durante un esame cardio-TC: A) Formazione nodulare (freccia bianca) di circa 2cm a livello della ghiandola mammaria di sinistra in corrispondenza del passaggio dei quadranti esterni, con piccoli spot calci-fici perilesionali; B) ricostruzione multiplanare su piano coronale che documenta la presenza di dilatazione aneurismatica delbulbo aortico e aorta ascendente con presenza di flap intimale di dissecazione. Contemporaneamente è possibile valutare iltronco comune e il terzo prossimale della discendente anteriore.

A B

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