Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 La TC è stata introdotta dal fisico americano Allan Mc. Leod Cormarck e dall’ingegnere inglese Godfrey Newobold Hounsfield, cui valse il premio Nobel per la medicina nel 1979. Tomografia utilizza radiazionizzanti per riprodurre sezioni corporee. Computerizzata sfrutta un elaboratore di dati. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Principio di funzionamento Un fascio di raggi X è proiettato da diverse angolazioni sul corpo. L’attenuazione subita dai fasci emergenti attraverso strutture a diversa densità elettronica è rilevata da detettori. Un computer, tramite complessi modelli matematici, ricostruisce l’immagine, distribuendo i coefficienti di attenuazione nelle unità di volume esaminate (voxel). Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Un’apparecchiatura TC comprende 4 elementi: • Sistema di misurazione (tubo radiogenodetettore “gantry”). Per orientare i piani di scansione in modo da definire il volume da esplorare, in fase preliminare si eseguono due radiografie, sul piano coronale e sagittale: “scout view”; 2. Sistema di elaborazione dati: dati calcola la densità elementare di ciascun voxel; 3. Sistema di visualizzazione delle immagini (consolle); 4. Sistema di archiviazione e registrazione dei dati. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 TC convenzionale Il volume corporeo in studio è acquisito in maniera sequenziale, sezione per sezione, mediante lo scorrimento del tavolo, di un valore prestabilito, alla fine di ogni scansione. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Parametri di scansione • • Collimazione del fascio m. As k. V Risoluzione Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Collimazione del fascio In TC convenzionale la collimazione definisce lo spessore di strato della singola fetta. Dall’utilizzo di collimazioni sottili derivano: VANTAGGI: • • maggiore risoluzione spaziale migliori immagini multiplanari e immagini reformattate in 3 D minori artefatti da volume parziale minori artefatti da strie negli oggetti ad alta intensità SVANTAGGI: • maggiore tempo di scansione e di ricostruzione delle immagini • minore risoluzione di contrasto • maggiore rumore quantico Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 m. As I m. As sono direttamente correlati al numero di fotoni trasmessi dal fascio di radiazioni. Dall’utilizzo di alti valori di m. As derivano: VANTAGGI: • • maggiore risoluzione di contrasto minore rumore quantico SVANTAGGI: • • maggiore dose di radiazioni al paziente maggiore temperatura dell’anodo del tubo radiogeno e, conseguentemente, maggiore tempo di raffreddamento Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 k. V I Kv riflettono il livello di energia del fascio di raggi X. Dall’utilizzo di alti valori di k. V derivano : VANTAGGI: • minore rumore quantico SVANTAGGI: • • maggiore dose di radiazioni al paziente minore risoluzione di contrasto Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Risoluzione La risoluzione tiene conto di due parametri: il punto focale e la collimazione. L’Elscint scanner offre 3 settaggi per la risoluzione: Ø standard: punto focale grande; Ø alta: punto focale piccolo; Ø molto alta: mantenendo il punto focale, un collimatore converge il fascio emergente sui detettori. Progressivamente cresce la risoluzione spaziale, ma aumenta anche il rumore quantico, poiché il fascio emergente collimato perde alcuni fotoni prima di raggiungere i detettori. Il cambiamento dei parametri di risoluzione non incide sul tempo di ricostruzione delle immagini e trasferimento delle informazioni, né sullo spazio occupato dalle immagini nell’archivio digitale. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Qualità delle immagini digitali È influenzata, in senso positivo, da: Risoluzione spaziale: spaziale capacità di riprodurre accuratamente un punto distinguendo le diverse strutture anatomiche. Risoluzione di contrasto: contrasto capacità di differenziare strutture vicine mediante tonalità diverse di una scala di grigi. Uniformità spaziale: spaziale attribuzione di uno stesso valore numerico a tutti i pixels relativi ad un’area omogenea e costante. Linearità: Linearità rapporto di proporzionalità diretta tra la densità di un punto dell’oggetto di riferimento ed il valore registrato per il pixel corrispondente. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 È influenzata, in senso negativo, dal rumore e da vari artefatti Le principali fonti di rumore sono: Rumore quantico: dipende dalla disomogenea distribuzione dei fotoni nel fascio di raggi X. Rumore elettronico: dipende dall’imperfezione dei vari componenti di un sistema elettronico. Rumore del convertitore analogico/digitale: dipende dall’errore di conversione di una grandezza analogica continua in dati digitali finiti. Rumore legato ai processi di elaborazione, durante il trattamento dei dati. Il rapporto segnale/rumore esprime una valutazione oggettiva dell’interferenza del rumore sulla qualità delle immagini. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 I principali tipi di artefatti sono: Artefatti da movimento Artefatti lineari o a stella: quando il coefficiente di attenuazione di una struttura inclusa nel campo di scansione è molto più alto di quello di qualsiasi tessuto. Effetto del volume parziale: quando nello stesso voxel sono contenute strutture a densità molto diversa tra loro, il valore di attenuazione è dato dalla media dei tessuti compresi nel voxel, con produzione di immagini false. Artefatti da indurimento: quando il fascio non è monocromatico, i fotoni a più bassa energia sono assorbiti dagli strati più superficiali del corpo, conseguente aumento dell’energia media del fascio. Artefatti da oggetti: dovuti alla presenza di oggetti metallici. Artefatti dal malfunzionamento Artefatti ad anello: da errori di calibrazione. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 TC spirale Alla rotazione continua del tubo radiogeno-detettore si associa una contestuale traslazione, a velocità costante, del tavolo portapaziente. Nell’arco di una scansione il tubo descrive una spirale intorno al paziente, acquisendo, così, un volume (TC volumetrica). Il volume corporeo in studio non è più acquisito sezione per sezione, ma tramite sezioni sovrapposte (effetto overlapping). Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Vantaggi rispetto alla TC convenzionale - Più veloce acquisizione dei dati; maggiore sensibilità; possibilità di creare ricostruzioni multiplanari e in 3 D di elevata qualità; nuove applicazioni: angio. TC e imaging dinamico. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Parametri di acquisizione delle immagini • • • Collimazione del fascio Velocità di traslazione del tavolo Tempo di rotazione del tubo Mentre in TC convenzionale lo spessore di strato di acquisizione è definito dalla collimazione, in TC spirale lo spessore effettivo è definito dalla correlazione di questi tre parametri, che prende il nome di pitch Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Pitch VTT x TRT VTT: velocità di traslazione del tavolo (mm/sec) SC TRT: tempo di rotazione del tubo (sec) SC: spessore di collimazione Per pitch < 1 acquisizione di una maggiore quantità di dati nell’unità di spazio, con maggiore dose al paziente. Per pitch > 2 acquisizione di volumi più ampi nell’unità di tempo, con minore dose al paziente, ma maggiore rumore ed effetto del volume parziale. PITCH = Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Parametri di ricostruzione delle immagini SRI (SLICE RECONSTRUCTION INCREMENT) Definisce il grado di overlapping delle fette ed il numero finale delle immagini prodotte. Determina, quindi, lo spazio descritto tra due fette consecutive, ricostruite a partire dai dati del volume acquisito. Dall’utilizzo di piccoli valori di SRI derivano: VANTAGGI: • • • maggiore sensibilità minori effetti del volume parziale maggiore qualità delle ricostruzioni multiplanari e in 3 D SVANTAGGI: • maggiore tempo di ricostruzione delle immagini Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 TC spirale multistrato (TCSM) La TCMS è dotata di più schiere di detettori disposti in modo parallelo. È possibile, così, in una singola rotazione, l’acquisizione simultanea di più strati di scansione contigui. Le moderne TCMS possono acquisire fino a 64, 128, 256, 320 strati contigui per rotazione. TC spirale a singolo strato e multistrato Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Vantaggi rispetto alla TC spirale Più veloce acquisizione dei dati: - riduzione degli artefatti da movimento ; - migliore visualizzazione di estesi volumi corporei (strutture vascolari per angio. TC) e di organi in movimento (cuore per cardio. TC) ; - migliore distinzione tra fase arteriosa e venosa negli studi multifasici ; - maggiore risoluzione spaziale: ottenendo strati di spessore submillimetrico, il voxel ha dimensioni uguali sui tre assi dello spazio: (voxel isotropico) isotropico possibilità di creare ricostruzioni multiplanari e in 3 D di qualità ancora maggiore. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Scala di Hounsfield Converte ciascun valore di attenuazione dei voxels in corrispondenti tonalità di grigio, riprodotte sul monitor del computer. HU -1000 (aria) nero HU negative tonalità di grigio più scure HU 0 (acqua) bassa tonalità di grigio HU positive tonalità di grigio più chiare HU +1000 (osso compatto) bianco Iper-, iso- e ipodensità di una lesione sono valutazioni relative ai tessuti circostanti. Finestra: Finestra consiste in un restringimento dei valori di grigio entro un range definito. Finestra ampia minore contrasto Finestra stretta maggiore contrasto Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Ricostruzioni Cine. TC: Cine. TC consente lo scorrimento veloce delle immagini acquisite, utile per lo studio di organi in movimento. MPR: MPR consentono di ottenere, a partire da immagini su un piano di riferimento (assiale), le corrispondenti immagini viste da altri piani (sagittale e coronale). Ricostruzioni Volume rendering: rendering - MIP: proiezioni di massima densità/intensità, per lo studio dei vasi ; - Min. IP: proiezioni di minima densità/intensità, per lo studio dell’albero bronchiale ; - SSD: rappresentazioni di un determinato distretto anatomico in 3 D, per lo studio dello scheletro o di vasi ; - VR 3 D: endoscopia virtuale. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Ricostruzioni MPR, sagittale e coronale Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Volume Rendering Endoscopia virtuale Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Dose CTDI (COMPUTED TOMOGRAPHY DOSE INDEX) m. Gy Grandezza ricavata sperimentalmente misurando la dose in uscita da una camera a ionizzazione sottile, con lunghezza attiva di 100 mm. La dose in TC non si distribuisce uniformemente ed ha un maggiore “peso” in periferia piuttosto che al centro della scansione. • Si calcola, allora, il CTDIw (CTDI pesato), sommando, con diverso contributo relativo, i valori di CTDI misurati da una camera con rilevazione centrale e in 4 posizioni periferiche. CTDIvol = CTDIW/pitch DLP (Dose Length Product) m. Gy x cm DLP scansioni assiali = CTDIw x lunghezza scansione DLP scansioni spirali = CTDIvol x lunghezza scansione Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Parametri tecnici che inficiano la dose erogata • • • m. As k. Vp Collimazione Tempo di rotazione del tubo Pitch Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 Strategie per ridurre la dose in TC - corretta giustificazione - aumento dell’efficienza geometrica (frazione di dose utilizzata per ricostruire l’immagine) - controlli di esposizione automatici - algoritmi che incrementino il rapporto segnale/rumore - maggiore attenuazione della componente molle delle radiazioni - protocolli TC pediatrici e di cardio. TC - tecniche a basso dosaggio (split bolus) - DECT Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi

Tomografia computerizzata Diagnostica per immagini Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Anno accademico 2015 -2016 DECT (Dual Energy TC) Scansiona strutture identiche con due kilovoltaggi diversi. Si usano tre tecniche: - dual-source CT ; - single-source con rapida commutazione del k. V ; - single-source con doppio strato di detettori ; Permette di distinguere il contrasto iodato da una struttura ossea, due materiali che hanno una densità simile in TC standard: - rimuovendo dall’immagine le strutture ossee si visualizzando i vasi opacizzati dal mdc - rimuovendo dall’immagine il mdc iodato si visualizzano immagini senza contrasto, conseguente risparmio della scansione TC basale. Dipartimento di Scienze Chirurgiche, Radiologiche e Odontostomatologiche – S. C. Radiologia 2 - Università degli studi di Perugia - Dir. Prof. M. Scialpi