Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1

Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1

DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiologia convenzionale


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


72

85 86 8

7 88 8

9 90 9

1 92 9

3 94 9

5 96 9

7 98 9

9 00 0

1

02 03

Primo Primo Sistema TCSistema TC

Slip-ringSlip-ring1 sec.1 sec.

Prima TC Prima TC SpiraleSpirale

Dual-sliceDual-sliceTCTC

ScansioneScansionesub-secondosub-secondo

ScansioneScansione0.5 sec0.5 sec

Sistema Sistema TCTCQuattro-Quattro-sliceslice

Sistema TCSistema TC16-slice16-slice

Tomografia Assiale Computerizzata


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 stesso piano 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 sincos

1sincos tyx

y

x



y

x

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

),( yxf

y

x



•Profilo di assorbimento (proiezione) con traslazione

•Proiezioni multiple con rotazione

•Algoritmi di ricostruzione da proiezioni



retroproiezione

proiezione


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 oavanzamentPitch

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 Joint implant.

This collage shows an abdominal aortic stent (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





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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