APPARECCHIATURE Cenni storici Cenni storici Struttura di un sistema TC Struttura di un sistema TCGantryLettinoGeneratore Tubo radiogeno Sistema di collimazione

APPARECCHIATUREAPPARECCHIATURE

Cenni storiciCenni storiciStruttura di un sistema TCStruttura di un sistema TC

GantryGantryLettinoLettinoGeneratoreGeneratoreTubo radiogenoTubo radiogeno

Sistema di collimazione Sistema di collimazione Sistema di rilevamentoSistema di rilevamento

DetettoriDetettoriSistema di acquisizione dei datiSistema di acquisizione dei datiSistema informaticoSistema informatico

TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATATOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA

L’immagine radiologica tradizionale è L’immagine radiologica tradizionale è il risultato della trasformazione di una il risultato della trasformazione di una

realtà tridimensionale in realtà tridimensionale in bidimensionalebidimensionale


In radiologia convenzionale si ha la In radiologia convenzionale si ha la facile discriminazione di strutture ad facile discriminazione di strutture ad elevata differenza di densità, mentre elevata differenza di densità, mentre difficile risulta il riconoscimento di difficile risulta il riconoscimento di tessuti con densità tra di loro simili tessuti con densità tra di loro simili


La maggior parte dei tessuti che costituiscono i parenchimi hanno

densità tra loro simili

SOLUZIONI?SOLUZIONI?


Esaltazione delle differenze di densitàEsaltazione delle differenze di densità

Mezzi di contrastoMezzi di contrastoStratigrafiaStratigrafia


Immagine priva di sovrapposizioniImmagine priva di sovrapposizioni

Diversa da stratigrafia che ha ombre Diversa da stratigrafia che ha ombre di sovrapposizionedi sovrapposizione


L’immagine tradizionale è un’immagine L’immagine tradizionale è un’immagine analogicaanalogica

PELLICOLAPELLICOLA

CRISTALLI DI SALI DI AgCRISTALLI DI SALI DI Ag

REAZIONE CHIMICAREAZIONE CHIMICA

IMMAGINEIMMAGINE

Possibilità di ricostruire la forma di un Possibilità di ricostruire la forma di un oggetto a partire dalle sue proiezionioggetto a partire dalle sue proiezioni

Presupposto teoricoPresupposto teorico


In TC l’immagine subisce una In TC l’immagine subisce una trasformazione da analogica in digitaletrasformazione da analogica in digitale

REAZIONE ATTENUATAREAZIONE ATTENUATA

CIFRE NUMERICHECIFRE NUMERICHE


CONVERTITORE ANALOGICO-DIGITALECONVERTITORE ANALOGICO-DIGITALE

ELABORATORE PER SOFISTICATI CALCOLIELABORATORE PER SOFISTICATI CALCOLI

ALGORITMIALGORITMI


Già nei lavori di Fourier del 1895 è contenuto Già nei lavori di Fourier del 1895 è contenuto un esempio di trasformazione analogico-un esempio di trasformazione analogico-

digitale.digitale.

La trasformata di Fourier è tutt’oggi La trasformata di Fourier è tutt’oggi utilizzata in tutti i sistemi digitali di utilizzata in tutti i sistemi digitali di

rappresentazione dell’immagine come TC, rappresentazione dell’immagine come TC, US o RM US o RM

1917 – Un matematico austriaco di nome 1917 – Un matematico austriaco di nome Radon proponeva il teorema per cui, Radon proponeva il teorema per cui,

conosciute tutte le sue possibili proiezioni, conosciute tutte le sue possibili proiezioni, è possibile ricostruire un oggetto è possibile ricostruire un oggetto

tridimensionaletridimensionale


Oldenford (1961) e Colmark Oldenford (1961) e Colmark (1963)proposero l’utilizzo (1963)proposero l’utilizzo

dell’elaboratore elettronico al fine di dell’elaboratore elettronico al fine di risalire a differenze di densità di risalire a differenze di densità di

oggetti fisici sfruttando l’energia dei oggetti fisici sfruttando l’energia dei raggi X rilevata da detettori a cristalli raggi X rilevata da detettori a cristalli

sensibili in luogo della tradizionale sensibili in luogo della tradizionale lastra fotograficalastra fotografica

1971 – Hounsfield realizza il primo prototipo di 1971 – Hounsfield realizza il primo prototipo di TC basandosi sul calcolo matricialeTC basandosi sul calcolo matriciale

Ambrose, 1973

Nella TC un fascio di raggi X Nella TC un fascio di raggi X strettamente collimato attraversa una strettamente collimato attraversa una

sezione corporea seguendo in sezione corporea seguendo in successione numerose traiettorie successione numerose traiettorie

diversediverse


1

2

3 4

Proiezionedi 2

Pro

iezi

one

di 1

Proiezionedi 4 Pr

oiez

ione

di 3

TOMOGRAFIATOMOGRAFIA COMPUTERIZZARTACOMPUTERIZZARTA

Numerose proiezioni per ottenere il prodotto Numerose proiezioni per ottenere il prodotto del rilevamento di una densità da collocare del rilevamento di una densità da collocare in un piccolo elemento detto PIXELin un piccolo elemento detto PIXEL

MATRICI MATRICI (80 X 80 - 256 X 256 - 512 X 512 - 1024 X 1024) (80 X 80 - 256 X 256 - 512 X 512 - 1024 X 1024)


La base dei vari metodi di La base dei vari metodi di ricostruzione è la cosiddetta ricostruzione è la cosiddetta

“back-projection” “back-projection” (retroproiezione(retroproiezione) )

Metodo iterativoMetodo iterativo per correggere gli artefatti per correggere gli artefatti sostituito oggi dalla sostituito oggi dalla convoluzione lineareconvoluzione lineare


Presenza di filtri numerici nel calcolo degli Presenza di filtri numerici nel calcolo degli algoritmi per ridurre gli artefattialgoritmi per ridurre gli artefatti

TRASFORMATA DI FOURIERTRASFORMATA DI FOURIER

RETROPROIEZIONERETROPROIEZIONE

LEGGE DELL’ATTENUAZIONE LINEARELEGGE DELL’ATTENUAZIONE LINEARE


STRUTTURA DI UN SISTEMA TCSTRUTTURA DI UN SISTEMA TCUNITA’ DI SCANSIONEUNITA’ DI SCANSIONE=gantry (tubo, =gantry (tubo,

collimatori, detettori, ADC, generatore, collimatori, detettori, ADC, generatore, lettino Pzlettino Pz

ELABORATORE ELETTRONICOELABORATORE ELETTRONICOUNITA’ DI VISUALIZZAZIONEUNITA’ DI VISUALIZZAZIONESISTEMI DI ARCHIVIAZIONESISTEMI DI ARCHIVIAZIONE


Tubo RXTubo RX

Unità di scansione Unità di scansione

DetettoriDetettori

ConvertitoreConvertitore

Analogico/digitaleAnalogico/digitale

ElaboratoreElaboratore

elettronicoelettronico

ArchiviazioneArchiviazioneMonitor diMonitor di

visualizzazionevisualizzazione

Sistemi di Sistemi di stampa stampa dell’immaginedell’immagine


LETTINO PORTAPAZIENTILETTINO PORTAPAZIENTI

Precisione di movimento con tolleranza di Precisione di movimento con tolleranza di 0,25 mm0,25 mm

Spostamenti verticali fino a 30 cm. dal Spostamenti verticali fino a 30 cm. dal pavimentopavimento

Spostamento longitudinale da 100 a 170 cm.Spostamento longitudinale da 100 a 170 cm.Inclinazione di qualche grado lungo l’asse ZInclinazione di qualche grado lungo l’asse ZCarico critico 150-200 KgCarico critico 150-200 Kg

GANTRYGANTRYContenitore rettangolare in cui trovano sede le varie Contenitore rettangolare in cui trovano sede le varie

componenti dell’unità di scansione. Presenta un componenti dell’unità di scansione. Presenta un apertura circolare dentro la quale scorre il lettino apertura circolare dentro la quale scorre il lettino

porta pazientiporta pazienti..

TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATATOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA GANTRYGANTRYDimensioni AngolazioneDimensioni AngolazioneApertura fino a + 30°Apertura fino a + 30°fino afino a65-70 cm65-70 cmdi diametrodi diametro

Centratore luminoso ad incandescenza o laserCentratore luminoso ad incandescenza o laser

100 cm. 100 cm. con forte con forte svasatura svasatura conicaconica

GANTRYGANTRYApertura fino a 70 cmApertura fino a 70 cm

Tilt Gantry fino a +/- 30°

Cosa c’è nel gantryCosa c’è nel gantryComponenti della TCComponenti della TC

AperturaApertura

Tubo Raggi XTubo Raggi X

DetettoriDetettori

Cosa c’è nel Gantry:Cosa c’è nel Gantry:

- GeneratoreGeneratore- Tubo RadiogenoTubo Radiogeno- CollimatoriCollimatori- DetettoriDetettori- Data Acquisition System (DAS)Data Acquisition System (DAS)- Slip-RingSlip-Ring


- GeneratoreGeneratore

- Tubo RadiogenoTubo Radiogeno

- CollimatoriCollimatori

- DetettoriDetettori

- Data Acquisition SystemData Acquisition System

- Slip-RingSlip-Ring

GENERATOREGENERATORE

- Alta frequenza (20000Alta frequenza (20000 impulsi/sec controllo digitale)impulsi/sec controllo digitale)- Dimensioni ridotteDimensioni ridotte- Alte potenze (60 KW)Alte potenze (60 KW)- Alte tensioni (140 KV), Alte tensioni (140 KV), costanticostanti- Ampia varietà di mAAmpia varietà di mA

TUBO RADIOGENOTUBO RADIOGENOCosa c’è nel Gantry:Cosa c’è nel Gantry:







System

TUBO RADIOGENOTUBO RADIOGENO

Elevati parametri di Elevati parametri di esposizione per lungo esposizione per lungo

periodo di tempoperiodo di tempo

Molto importante la Molto importante la capacità termica espressa capacità termica espressa

In Million Heat Units In Million Heat Units (MHU)(MHU)

e la velocità di e la velocità di dispersione del calore dispersione del calore

(HU/minuto(HU/minuto)








TUBO RADIOGENOTUBO RADIOGENO

Produce il fascio di raggi X che viene collimato Produce il fascio di raggi X che viene collimato e conformato a ventaglioe conformato a ventaglio


TUBO RADIOGENOTUBO RADIOGENO Fascio Rx a pennello con anodo fisso (I Gen.) - a ventaglio fino Fascio Rx a pennello con anodo fisso (I Gen.) - a ventaglio fino

a 50° con anodo rotante (oggi)a 50° con anodo rotante (oggi)

Elevata capacità termica (5 MHU)Elevata capacità termica (5 MHU)

Elevata capacità di dissipazione (0,9 MHU/minuto)Elevata capacità di dissipazione (0,9 MHU/minuto)

I e II Gen. Emissione continua (sfumatura da movimento)I e II Gen. Emissione continua (sfumatura da movimento)

III e IV Gen. Emissione pulsataIII e IV Gen. Emissione pulsata

Macchie focali da 0,8 a 2 mmMacchie focali da 0,8 a 2 mm

22

COLLIMATORICOLLIMATORI

Collimatori posti a due livelliCollimatori posti a due livelli::

- Tube CollimatorsTube Collimators

- Detectors CollimatorsDetectors Collimators

La collimazione:La collimazione: - riduce la dose inutile- riduce la dose inutile - riduce sfumatura da radiazione diffusa- riduce sfumatura da radiazione diffusa - predetermina lo spessore di strato- predetermina lo spessore di strato








Cosa c’è nel GantryCosa c’è nel Gantry:

COLLIMATORICOLLIMATORI


COLLIMAZIONE PRIMARIACOLLIMAZIONE PRIMARIA

Tube Collimators (Source Collimators)Tube Collimators (Source Collimators)

- Collima lo spessore del fascio di raggi X - Collima lo spessore del fascio di raggi X all’uscita dal tubo radiogenoall’uscita dal tubo radiogeno

- Determina lo spessore del fascio e - Determina lo spessore del fascio e pertanto la collimazione di strato (slice pertanto la collimazione di strato (slice collimation)collimation)

Cosa c’è nel Gantry:Cosa c’è nel Gantry:COLLIMAZIONE SECONDARIACOLLIMAZIONE SECONDARIA

Detector CollimatorsDetector Collimators

- Collima lo spessore del fascio di Collima lo spessore del fascio di raggi X dopo l’attraversamento del raggi X dopo l’attraversamento del paziente e prima dell’ingresso nel paziente e prima dell’ingresso nel detettoredetettore

- E’ una regolazione più fine- E’ una regolazione più fine

DETETTORIDETETTORI

- Creano una corrente elettrica Creano una corrente elettrica misurabile, proporzionale misurabile, proporzionale all’intensità dei raggi X all’intensità dei raggi X - Rendono possibile la Rendono possibile la misurazione del fascio di raggi Xmisurazione del fascio di raggi X

Trasformano l’energia dei Trasformano l’energia dei fotoni attenuati in un unico fotoni attenuati in un unico

segnale elettrico segnale elettrico (integrazione di corrente)(integrazione di corrente)









DETETTORIDETETTORI

Incremento del n° nell’evoluzione del sistemaIncremento del n° nell’evoluzione del sistema

• n° 1 in I generazionen° 1 in I generazione

• n° 900 in III generazionen° 900 in III generazione

• n° 5000 in IV generazionen° 5000 in IV generazione

Più che il numero è importante la densità per grado Più che il numero è importante la densità per grado irradiato (nelle macchine moderne di poco inferiore a 20)irradiato (nelle macchine moderne di poco inferiore a 20)


DETETTORIDETETTORI

• Apertura attivaApertura attiva

• SpaziaturaSpaziatura

• Efficienza di conversioneEfficienza di conversione

• Efficienza geometrica (Aa/Aa + S %)Efficienza geometrica (Aa/Aa + S %)

• Stabilità e Stabilità e linearità di rispostalinearità di risposta

• Persistenza dello stato di eccitazionePersistenza dello stato di eccitazione

Cosa c’è nel Gantry:Cosa c’è nel Gantry:DETETTORIDETETTORI

Tempo Tempo

Cristalli fotoscintillatori con tubo Cristalli fotoscintillatori con tubo fotomoltiplicatorefotomoltiplicatore

Gas XenonGas Xenon

Detettori solidi High lightDetettori solidi High light


DETETTORIDETETTORI

DETETTORI – STATO SOLIDODETETTORI – STATO SOLIDO


70-80% di conversione, meno stabili, maggiore persistenza


DETETTORI - XENONDETETTORI - XENON

45% di conversione, più stabili, minor persistenza45% di conversione, più stabili, minor persistenza

DETETTORIDETETTORI


Detettori ceramici tipo Detettori ceramici tipo Ultrafast richiedono il 30% Ultrafast richiedono il 30%

di dosedi dosein meno rispetto ai detettori in meno rispetto ai detettori

allo Xenon in grado di allo Xenon in grado di effettuare il campionamento effettuare il campionamento ogni msec. per un totale di ogni msec. per un totale di

800.000-1.000.000 800.000-1.000.000 campionamenti per campionamenti per

scansionescansione

DETETTORIDETETTORI

DATA ACQUISITION SYSTEMDATA ACQUISITION SYSTEM

Misura il segnale dei Misura il segnale dei detettori e lo trasmette come detettori e lo trasmette come

segnale analogicosegnale analogico

Analog to Digital ConverterAnalog to Digital Converter

Il segnale digitale può essere Il segnale digitale può essere processatoprocessato








DATA ACQUISITION SYSTEMDATA ACQUISITION SYSTEM

• Stabilità di funzionamentoStabilità di funzionamento

• Linearità di rispostaLinearità di risposta

• Range dinamico Range dinamico ((capacità di integrare segnali di capacità di integrare segnali di

ampiezza differente)ampiezza differente)

Per minimizzare il Per minimizzare il rumore termico rumore termico proprio del circuitoproprio del circuito

10.000 : 1 in TC

1000 : 1 videocamere

SISTEMA INFORMATICOSISTEMA INFORMATICO

Raccoglie i dati dal SAD, li integra e li Raccoglie i dati dal SAD, li integra e li trasforma in un’immagine diagnostica trasforma in un’immagine diagnostica

oltre che gestire e modulare l’intero oltre che gestire e modulare l’intero processo, dal funzionamento del tubo processo, dal funzionamento del tubo all’ordine di out-put alla stampante all’ordine di out-put alla stampante

SISTEMA INFORMATICOSISTEMA INFORMATICO

HardwareHardwareRetroprocessoreRetroprocessoreArray processorArray processorCentral process unitCentral process unitMultitaskingMultitaskingRandom access memoryRandom access memoryHard DiskHard Disk

Esecuzione da 5 a 10 milioni di operazioni al secondo con Esecuzione da 5 a 10 milioni di operazioni al secondo con capacità di memoria superiori a 3000 MBcapacità di memoria superiori a 3000 MB

Le diverse generazioni TCLe diverse generazioni TC

11aa Generazione Generazione

Un unico fascio di raggi X a pennello incide su un singolo Un unico fascio di raggi X a pennello incide su un singolo detettore. Dopo un movimento di traslazione l’intero detettore. Dopo un movimento di traslazione l’intero

sistema ruota di 1°-2° per 180 volte in un tempo di 8-10 sistema ruota di 1°-2° per 180 volte in un tempo di 8-10 min, con matrici di 80 x 80 o 160 x 160 pixelmin, con matrici di 80 x 80 o 160 x 160 pixel


Un unico fascio di raggi X a ventaglio di 20-30° incide su 8-30 Un unico fascio di raggi X a ventaglio di 20-30° incide su 8-30 detettori. Dopo un movimento di traslazione l’intero sistema ruotadetettori. Dopo un movimento di traslazione l’intero sistema ruota

di 10-30° alla volta in un tempo di 20-30 secdi 10-30° alla volta in un tempo di 20-30 sec


Incremento dell’angolo di divergenza del fascio (35-40°)Incremento dell’angolo di divergenza del fascio (35-40°)e del numero di detettori (300-1200), rotazione del tubo e dei e del numero di detettori (300-1200), rotazione del tubo e dei

detettori (240-360°). Tempi di scansione fino a 1.5-3.6 sec. detettori (240-360°). Tempi di scansione fino a 1.5-3.6 sec. con matrici da 256 x 256 – 512 x 512con matrici da 256 x 256 – 512 x 512


Corona completa di detettori 1200-4800, con rotazione del Corona completa di detettori 1200-4800, con rotazione del solo tubosolo tubo


Problemi da risolvereProblemi da risolvere

• Eseguire scansioni fortemente ravvicinate nel tempoEseguire scansioni fortemente ravvicinate nel tempo

• Cogliere in fase sincrona un fenomeno fisiologicoCogliere in fase sincrona un fenomeno fisiologico

• Assicurarsi scansioni anatomicamente contigueAssicurarsi scansioni anatomicamente contigue

• Ridurre i tempi di scansioneRidurre i tempi di scansione

• Ridurre gli artefatti da movimentoRidurre gli artefatti da movimento


SoluzioneSoluzione

Consiste nell’ottenere una scansione continua Consiste nell’ottenere una scansione continua

Annullare la necessità di arresti del movimento del Annullare la necessità di arresti del movimento del tubo tra una scansione e la successiva, facendolo tubo tra una scansione e la successiva, facendolo

ruotare continuamente in un sensoruotare continuamente in un senso

Abolire il vincolo fisico costituito dai cavi di Abolire il vincolo fisico costituito dai cavi di alimentazionealimentazione

SLIP-RINGSLIP-RING

Componenti della TC








Tecnologia Slip-RingTecnologia Slip-Ring

Per ottenere una scansione continua è Per ottenere una scansione continua è necessario abolire il vincolo fisico costituito necessario abolire il vincolo fisico costituito

dai cavi di alimentazionedai cavi di alimentazione

Componenti della TCComponenti della TC


Slip-RingSlip-Ring

- Dispositivi elettromeccanici - Dispositivi elettromeccanici che consentono di eliminare i che consentono di eliminare i lunghi cavi ad alta tensione lunghi cavi ad alta tensione che sono presenti nelle prime che sono presenti nelle prime TC.TC.

- La presenza dei cavi - La presenza dei cavi obbligava a fermarsi dopo obbligava a fermarsi dopo ogni rotazione e ad effettuare ogni rotazione e ad effettuare una rotazione in un senso e la una rotazione in un senso e la successiva nel senso contrario.successiva nel senso contrario.


Tecnologia Slip-RingTecnologia Slip-Ring

Componenti della TCComponenti della TC


Contatti strisciantiContatti striscianti

Contatti strisciantiContatti striscianti

Camere stagne con gas inerte o olii dielettrici Camere stagne con gas inerte o olii dielettrici

Progressiva elevazione del voltaggio, trasferendo Progressiva elevazione del voltaggio, trasferendo corrente a media differenza di potenziale attraverso corrente a media differenza di potenziale attraverso l’anello di contatto ed elevandola con un generatore l’anello di contatto ed elevandola con un generatore posto nella porzione ruotanteposto nella porzione ruotante

Utilizzo di un basso voltaggio a livello dei contatti Utilizzo di un basso voltaggio a livello dei contatti striscianti ed elevazione della differenza di potenziale striscianti ed elevazione della differenza di potenziale completamente all’interno del gantry mignaturizando il completamente all’interno del gantry mignaturizando il generatoregeneratore


TC SPIRALETC SPIRALETC CONVENZIONALETC CONVENZIONALE

TC SPIRALETC SPIRALE

TC Spirale o VolumetricaTC Spirale o Volumetrica

TC MULTI-SLICETC MULTI-SLICE

MPR coronaleMPR coronale

Volume Rendering dell’addome con Volume Rendering dell’addome con diversi livelli di valore di sogliadiversi livelli di valore di soglia

Volum Rendering con diversi valori di Volum Rendering con diversi valori di sogliasoglia

Endoscopia virtuale: carena bronchiale Endoscopia virtuale: carena bronchiale (a) bronchi lobari medio ed inferiore (b)(a) bronchi lobari medio ed inferiore (b)

a b

3D SSD (a) e volume rendering 3D SSD (a) e volume rendering endoscopico (b) dell’aorta addominaleendoscopico (b) dell’aorta addominale

a b

Documents

APPARECCHIATURE Cenni storici Cenni storici Struttura di un sistema TC Struttura di un sistema TCGantryLettinoGeneratore Tubo radiogeno Sistema di collimazione