PRICIPI DI TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA

1. PRICIPI DI TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA

2. Definizione La tomografia computerizzata (TC) è un procedimento radiografico digitalizzato che permette di rappresentare sezioni assiali o parassiali di spessore finito del corpo umano tramite immagini esenti da sovrapposizione di strutture, caratterizzate da elevatissima risoluzione contrastografica.

3. Limiti della radiologia convenzionale • Sovrapposizione proiettiva delle strutture anatomiche  informazione sintetica • Scarsa risoluzione di contrasto

4. Perché la TC ? • Superare il limite della sovrapposizione proiettiva delle strutture  informazione analitica • Migliorare la risoluzione di contrasto

5. STORIA DELLA TC 1895- Fourier: trasformazione analogico-digitale. 1917- Trasformata di Radon: note tutte le proiezioni di un oggetto è possibile ricostruirne la forma e la posizione. 1963- Cormak: elaborazione elettronica delle differenze di densità ottenute con la radiografia 1971- Hounsfield: primo prototipo di apparecchiatura TC 1979- Hounsfield e Cormak: premio Nobel per la Medicina

7. GEN D D D D Componenti di un’apparecchiatura TC Convertitore analog./digit. SAD Elaboratore elettronico Monitor di visualizzazione Archiviazione Worksation Hard copy

8. TUBO RADIOGENO GANTRY Grande capacità termica Diametro apertura 65-100 cm Inclinabilità ± 30° Centratore laser DETETTORI LETTINO PORTA-PAZIENTE D D D D Trasformano l’energia radiante in impulso elettrico misurabile Da cosa è composta un’apparecchiatura TC ?

9. D D D D Tubo radiogeno Alta capacità termica (~6 MHU) Resistenza per ampia gamma di tensioni 80-140 Kvp e per alta intensità di corrente 10-450 mA Fuoco fluttuante (multifan)

10. D D D D Altre componenti di apparecchiatura TC Collimatore: Il collimatore è lo strumento che serve per ridurre le dimensioni del fascio di raggi X a quelle desiderate; può essere posizionato sia a livello del tubo radiogeno sia a livello dei detettori

11. D D D D Altre componenti di apparecchiatura TC Detettori o Fotorivelatori: Rendono possibile la misurazione dell’intensità del fascio emergente. Convertono la radiazione X in corrente elettrica di intensità proporzionale

12. fotorivel cuffia

14. Finestra

15. Filamento Antielettrodo raffreddamento

16. Raffreddamento con acqua-propilene-ac.glicolico

18. Griglia fotorivelatori

20. External Collimator Plate x-ray Scintillator Internal Collimator Light Photo diode Detector The Principle • Collimator: • Molybdenum • 1.027 mm pitch • eliminate scatter • Scintillator: • material is Gd2O2S:Pr • converts x-ray to visible light • high luminescence efficiency • Photo diode: • converts visible light to an electrical signal to DAS

21. Diametro apertura 65-100 cm Inclinabilità ± 30° Centratore laser Lettino motorizzato che permette lo spostamento del paziente durante l’esecuzione delle scansioni TC: può essere dotato di supporti per l’esame dell’encefalo Lettino e gantry

22. GEN D D D D Sistema di acquisizione e trasformazione dei dati (SAD) Convertitore analog./digit. SAD Raccoglie i segnali elettrici dei detettori e li trasforma in dati numerici del tipo 2^n

23. Elaboratore elettronico (CPU) GEN D D D D Convertitore analog./digit. SAD Elaboratore elettronico Modula e gestisce l’intero processo di funzionamento dell’impianto Raccoglie e integra i dati numerici del SAD e li trasforma in immagine Capacità di eseguire 5-10 Milioni di operazioni/sec Capacità di memoria interna  3000 MB per raw data

24. TC – Principi Fisici • Attenuazione lineare dell’energia radiante • Localizzazione spaziale delle strutture • Procedimenti di calcolo per elaborare i dati

25. D D D D Attenuazione lineare dell’energia radiante Lampert-Beer Law II= Energia del raggio incidente I(w)=I0 e ^-1 w

26. TC – Principi Fisici • Attenuazione lineare dell’energia radiante • Localizzazione spaziale delle strutture • Procedimenti di calcolo per elaborare i dati

27. Localizzazione spaziale delle strutture Il sistema è costituito da una sorgente radiogena e da un detettore, allineati e contrapposti. Il fascio incidente, finemente collimato, opera una scansione lineare sul piano tomografico lungo tutta la sezione trasversale interessata. Durante l’intero procedimento il fascio emergente viene campionato, digitalizzato e trasmesso a un elaboratore.

28. Channel # (1-900) Localizzazione spaziale delle strutture

29. TC – Principi Fisici • Attenuazione lineare dell’energia radiante • Localizzazione spaziale delle strutture • Procedimenti di calcolo per elaborare i dati

30. Procedimenti di calcolo per elaborare i dati Formazione della matrice Nella ricostruzione dello strato, la sua superficie viene suddivisa in una MATRICE di elementi di dimensioni uniformi (PIXEL). Per la determinazione dei valori di attenuazione di ciascun pixel, l’oggetto viene diviso in una matrice costituita da 512 piccoli elementi per lato di volume uniforme (VOXEL) e viene misurato il rispettivo coefficiente di attenuazione da differenti punti di vista lungo un arco di circonferenza.

31. Procedimenti di calcolo per elaborare i dati Ricostruzione delle immagini per iterazione I valori di attenuazione di ciascun pixel sono trasferiti ad un computer per l’elaborazione

32. N0 N0 µ1 µ2 N0 N1 N0 µ3 µ4 N2 N3 N4

33. tubo radiogeno raggi x oggetto detettore Procedimenti di calcolo per elaborare i dati Riferimento della attenuazione del fascio di fotoni all’angolo di inclinazione tubo/detettori

34. Acquisition angle (0°-360°) One rotation: 400-500 ms Procedimenti di calcolo per elaborare i dati Riferimento della attenuazione del fascio di fotoni all’angolo di inclinazione tubo/detettori

35. How many views are required ? Original 64 views 128 views 1024 views 256 views 512 views

36. Views simulation

37. Definizione Pixel (picture element) – elemento bidimensionale dell’immagine; Ogni pixel rappresenta il valore medio della densità di tutte le strutture in esso comprese; Il valore numerico di ciascun pixel si riferisce alla scala Hounsfield Le dimensioni del pixel sono determinate dalle dimensioni del campo di vista (FOV)

38. Definizione Voxel – elemento tridimensionale dell’immagine; Determinato dal prodotto delle dimensioni del pixel per lo spessore dello strato Il valore numerico di ciascun pixel si riferisce alla scala Hounsfield Le dimensioni del voxel sono determinate dalle dimensioni del campo di vista (FOV) e dallo spessore dello strato

39. Valori di attenuazione di alcuni organi e tessuti normali La scala Hounsfield Gli elementi della matrice che presentano un alto coefficiente di attenuazione sono rappresentati in bianco, quelli che presentano un basso coefficiente di attenuazione in nero.

40. SETTAGGIO DEI VALORI DI LIVELLO E FINESTRA DELLA SCALA DEI GRIGI IN TC livello

41. 3000 2000 1000 0 - 1000 H-unit

42. Modelli costruttivi delle apparecchiature TC Generazioni di apparecchiature TC convenzionali TC spirale a strato singolo e multistrato

43. Scanner di 1° generazione • Morfologia del fascio Rx: lineare • Numero di detettori: 1 • Movimento tubo detettori: traslazione lineare - rotazione • Angolo di scansione: 180-225° • Tempo di scansione: 3-5 min • Matrice di rappresentazione: 80x80 o 160x 160

44. Scanner di 2° generazione • Morfologia del fascio Rx: a ventaglio 20-30° • Numero di detettori: 20-30 • Movimento tubo detettori: traslazione lineare - rotazione • Angolo di scansione: 180-225° • Tempo di scansione: 18 – 30 sec

45. Scanner di 3° generazione • Morfologia del fascio Rx: a ventaglio 30-50° • Numero di detettori: 300-1000 ad arco di cerchio • Movimento tubo detettori: rotatorio • Angolo di scansione: 240-360° • Tempo di scansione: 1,5-3,6 s • Matrice di rappresentazione: 256x256 o 512x512

46. Scanner di 4° generazione • Morfologia del fascio Rx: a ventaglio 30-50° • Numero di detettori: 300-1000 a corona circolare • Movimento tubo detettori: rotatorio del solo tubo • Angolo di scansione: 360° • Tempo di scansione: 1,5-3,6 s • Matrice di rappresentazione: 256x256 o 512x512

47. TC SPIRALE

48. ACQUISIZIONE SPIRALE VOLUMETRICA Emissione continua di raggi X durante l’….. …Avanzamento continuo del lettino porta-paziente con… Acquisizione continua di dati.

50. TC convenzionale TC spirale Questo passaggio è permesso da: Eliminazione della necessità di trasferimento dell’energia al tubo radiogeno mediante cavi (contatti striscianti) Eliminazione della necessità di trasferimento dei dati all’elaboratore mediante cavi (onde radio) Maggiore velocità di rotazione del tubo detettori Maggiore capacità termica del tubo radiogeno Maggiore potenza di calcolo dell’elaboratore