Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X

Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1 DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiologia convenzionale DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiografia Convenzionale: Limitazioni La radiografia è una proiezione 2 D di una struttura 3 D: Ø Molti piani sono sovrapposti nell’immagine Ø L’informazione sulla profondità è persa Ø Piccole lesioni o strutture risultano invisibili Ø Scarsa risoluzione in densità (min diff. 10%) Ø Parte della dose persa per diffusione in paziente DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiografia Convenzionale: Limitazioni Ø Non è possibile distinguere i varii tessuti molli Ø Non è possibile avere informazioni densimetriche quantitative DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia convenzionale DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia convenzionale: limitazioni Ø Risolve solo l’aspetto della sovrapposizione di strati Ø Non migliora la risoluzione Ø I punti fuori fuoco aumentano il rumore Ø Non risolve l’indistinguibiltà tra tessuti molli DEI - Univ. Padova (Italia)

Radiologia e Tomografia Convenzionali DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia Assiale Computerizzata • Principio base: Radon 1917 (ricostruzione di un oggetto da sue proiezioni) • Idea di un tomografo: Cormack 1960 • Primo scanner: Hounsfield 1973 DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia Assiale Computerizzata Primo Sistema TC Scansione sub-secondo Prima TC Spirale Slip-ring 1 sec. 85 72 DEI - Univ. Padova (Italia) Dual-slice TC 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 Scansione 0. 5 sec Sistema TC Quattro-slice 01 02 03 Sistema TC 16 -slice

Tomografia a raggi X • scanner raggi X • elaboratore per ricostruzione immagine (“no fotografia”) DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia a raggi X TUBO RADIOGENO APERTURA RIVELATORI DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia a raggi X Una serie di raggi che attraversano il paziente sullo stesso piano formano una proiezione di uno strato trasverso DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia a raggi X 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 DEI - Univ. Padova (Italia)

Principio di funzionamento Sistema TC DEI - Univ. Padova (Italia)

Principio di funzionamento DEI - Univ. Padova (Italia)

Principio di funzionamento • Fasci paralleli (pencil beam) DEI - Univ. Padova (Italia) • Fasci a ventaglio (fan beam)

Principio di funzionamento • Profilo di assorbimento (proiezione) con traslazione • Proiezioni multiple con rotazione • Algoritmi di ricostruzione da proiezioni DEI - Univ. Padova (Italia)

Principio di funzionamento proiezione retroproiezione DEI - Univ. Padova (Italia)

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 DEI - Univ. Padova (Italia)

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 DEI - Univ. Padova (Italia)

Geometrie di scansione: II generazione DEI - Univ. Padova (Italia)

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 DEI - Univ. Padova (Italia)

Geometrie di scansione: III generazione DEI - Univ. Padova (Italia)

Geometrie di scansione: III generazione Artefatto d’anello Rivelatore danneggiato DEI - Univ. Padova (Italia)

Geometrie di scansione: IV generazione • Sorgente + anello rivelatori (es. 6002000) su 360º statico • Fascio collimato a ventaglio 40º-50º (geometria fan beam) • Rotazione sola sorgente • Tacq: ≈ 1 s DEI - Univ. Padova (Italia)

CT convenzionale: limitazioni Limitazioni CT convenzionale • meccanica start-stop: Tscan ≈ 1 s, Tslice ≈ 4 -6 s • no esami con dinamica mezzo di contrasto • artefatti movimento (es. respirazione inter-slice) • risol. spaziale lungo z peggiore rispetto x, y. DEI - Univ. Padova (Italia)

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 DEI - Univ. Padova (Italia)

CT elicoidale (spiral CT) 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 DEI - Univ. Padova (Italia)

CT elicoidale (spiral CT): slip ring DEI - Univ. Padova (Italia)

CT elicoidale (spiral CT): interpolazione DEI - Univ. Padova (Italia)

CT elicoidale (spiral CT): pitch Il pitch è un parametro importante nelle scansioni elicoidali: Pitch<1: le acquisizioni si sovrappongono (ma >dose) Pitch>1: alcune sezioni non vengono acquisite (ma <dose) DEI - Univ. Padova (Italia)

CT elicoidale (spiral CT) 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). DEI - Univ. Padova (Italia)

Caratterizzazione: SSP Slice Sensitivity Profile (SSP): • Larghezza della sezione nell’immagine • Influenza dei dettagli sulla formazione dell’immagine DEI - Univ. Padova (Italia)

Caratterizzazione: SSP Pitch=1. 0 Slice Sensitivity Profile Dimensione nominale della sezione Pitch=2. 0 Interpolazione a 180° Interpolazione a 360° DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia a fascio elettronico • Difficoltà esami cardiaci • Eliminazione tutti i movimenti meccanici • CVCT: Cardio. Vascular Computed Tomography EBT: Electron Beam Tomography • 50 ms per slice DEI - Univ. Padova (Italia)

Tomografia a fascio elettronico DEI - Univ. Padova (Italia)

Principali componenti DEI - Univ. Padova (Italia)

Principali componenti Percorso dei raggi X DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori • Sensori digitali (conteggio fotoni) • Stato solido – cristallo scintillatore (Na. I(Tl), BGO) – fotodiodo o PMT • A gas – camera di ionizzazione – Xenon ad alta pressione – DV tra piastre DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori DEI - Univ. Padova (Italia)