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Tomografia Assiale Computerizzata (Computed Tomography)

Tomografia Assiale Computerizzata (Computed Tomography). Sommario. Introduzione Descrizione del sistema meccanica (gantry) generazione di raggi X rivelazione trasmissione dati Ricostruzione Applicazioni. Definizione.

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Tomografia Assiale Computerizzata (Computed Tomography)

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Presentation Transcript

  1. Tomografia Assiale Computerizzata(Computed Tomography)

  2. Sommario • Introduzione • Descrizione del sistema • meccanica (gantry) • generazione di raggi X • rivelazione • trasmissione dati • Ricostruzione • Applicazioni

  3. Definizione • La Tomografia Computerizzata (CT o TAC) è una tecnica di medical imaging per la visualizzazione di sezioni del corpo del paziente • Componendo le immagini tomografiche dei vari piani tale tecnica consente la ricostruzione tridimensionale delle informazioni anatomiche del paziente • La CT fa uso di radiazioni ionizzanti (raggi-X) • Tomografia in trasmissione

  4. Principio di funzionamento X-ray Computed Tomography (CT)

  5. Principio di funzionamento X-ray CT

  6. Principio di funzionamento X-ray CT

  7. Principio di funzionamento X-ray CT

  8. Principio di funzionamento X-ray CT • proiezione 2D • dati 2D

  9. Differenza con X-Ray convenzionali Chest X-ray Image Cross-sectional Image of Abdomen

  10. Nuove possibilità • 3D data

  11. Tomografia in emissione PET Positron Emission Tomography

  12. CT Scanner 1st Generation 2nd Generation

  13. CT Scanner 3nd Generation 4th Generation

  14. Confronto

  15. Data acquisition system Tungsten target ring Focus coil Deflection coils Electron gun Translating couch Scanning electron beam Detector ring/amplifier V Generazione CT IMATRON electron beam CT system

  16. Scansione elicoidale Scansione in una sola apnea minor artefatti velocità di avanzamento del tavolo collimazione (apertura dei collimatori) a sezioni sovrapposte o disgiunte

  17. Multi-Linea Evoluzione CT 2a Evoluzione Volume 1a Evoluzione Singola Linea

  18. Descrizione del sistema • Gantry • Lettino paziente

  19. Descrizione del sistema • Gantry • Lettino paziente • Tubo a raggi X

  20. Descrizione del sistema • Gantry • Lettino paziente • Tubo a raggi X • Detector

  21. Descrizione del sistema • Gantry • Lettino paziente • Tubo a raggi X • Detector • Servizi: trasformatori, connessioni, • sistema di trasmissione dati, slip ring, • elaboratori

  22. Rivelatori • Rivelazione diretta • materiali fotoconduttori ad alto peso atomico sono usati per convertire direttamente i raggi X in coppie elettrone/lacuna: CZT (CdZnTe) • rivelatore a gas (alta efficienza di conversione): • cella chiusa, piena di Xenon ad alta pressione; • radiazione ionizza le molecole di gas, • gli ioni si depositano sul rispettivo elettrodo

  23. Rivelatori • Rivelazione indiretta • scintillatore (alta efficienza di assorbimento): assorbe i raggi-X riemettendo radiazione visibile, rivelata tramite un fotodiodo o un fotomoltiplicatore • Esempi: CsI, CdWO4, leghe di ittrio e gadolinio

  24. Rivelatori nel CT Gantry

  25. Ricostruzione immagine Raysum misura fatta da ciascun rivelatore Proiezione insieme dei raysum relativo a ciascun angolo

  26. Ricostruzione immagine

  27. Ricostruzione immagine Caso reale: - raggi X poly E indurimento del fascio artefatti - fan beam aumento della complessità di ricostruzione

  28. Ricostruzione immagine Realizzare tante misure quanti sono i voxel (coefficienti di attenuazione): Ulteriore problema: 512 x 512 pixel = 262144 voxel misura di 262144 raysum 262144 equazioni !!!!

  29. Ricostruzione immagine Tecnica algebrica 14 9 9- 9.5 10- 9.5 10 5 0 6 13 6- 13- 0 14-9.5 5-9.5

  30. Ricostruzione immagine Back Projection semplice Artefatti: star pattern Scarsa qualità

  31. Ricostruzione immagine Back Projection Filtrata Eliminazione degli artefatti Ottima qualità Velocità di ricostruzione

  32. Trasmissione dati Voxel pixel pixel 17-18 bit (8 bit = 1 byte) • 3-5 rot/s • 1200-2400 proiezioni/rot • 1000 pixel/proiezione • 3 byte/pixel 6 MB/rot 3 kB/pro 1,2 GB/s detector multilinea (64) 20 MB/s

  33. Parametri di un’immagine • Risoluzione • più piccola dimensione dell’oggetto • X-ray film: 0.05 mm (granulosità della pellicola) • CT detector: 0.35 mm (dimensione del detector) • Contrasto • minima differenza di luminosità tra parti contigue dell’immagime

  34. Pellicola raggi X: Contrasto 0.5 mAs 2 mAs 4 mAs 8 mAs 16 mAs 32 mAs 63 mAs Under-exposed Over-exposed

  35. Numeri CT Unità di Hounsfield

  36. CT numbers

  37. Rivelatori: Contrasto typicalusage Ottenere contrasti paragonabili diminuendo la dose!

  38. Dosi nelle differenti applicazioni 1. Effective dose in millisieverts (mSv). 2. Based on the assumption of an average "effective dose" from chest x ray (PA film) of 0.02 mSv. 3. Average "effective dose" from natural background radiation of 3 mSv per year in the United States.

  39. Parametri dei rivelatori nella CT

  40. Rivelatori a conversione indiretta Substrato di materiale ceramico Diffusione di lacune in 10 us

  41. Circuito di lettura Convertitore corrente-frequenza, A/D converter

  42. Nuovi trend nei circuiti di lettura • Integrazione dei fotodiodi nei wafer

  43. Nuovi trend nei circuiti di lettura • Rivelatori a conteggio di fotoni per l’analisi energetica

  44. Nuovi trend nei circuiti di lettura • Rivelatori a conteggio di fotoni per l’analisi energetica • Necessità di calibrazione Conteggi fino a 105 ph/s per pixel

  45. Applicazioni • Radiologia • Densitometria ossea • Visualizzazione di tumori • Progetto di protesi • Pianificazioni di radioterapie

  46. Application Head CT image that depicts the brain parenchyma and the fused spaces in the head (ventricular and subarachnoid space). CT scans are helpful in detecting abnormalities of the brain. Face (Sinus) CT is typically done to look for fractures or sinus disease.

  47. Application Orbit CT scanning is performed to evaluate for disease in the orbits such as trauma or tumors. In this patient there is proptosis on the right side. Neck CT can be performed to look for lymph nodes associated with cancer, for traumatic injuries, and for inflammatory conditions such as an abscess spreading from the face down towards the neck

  48. Three-dimensional Face CT

  49. CT angiography (CTA) Visualize blood flow in arterial vessels throughout the body, from arteries serving the brain to those bringing blood to the lungs, kidneys, and the arms and legs.

  50. Cisternogram Diagnosis of CSF (cerebrospinal fluid) leakage. In order to determine the position of the leak a contrast material is injected into the subarachnoid space via a lumbar approach. The patient is then tilted with the head down and a CT scan is performed to see where the CSF and the contrast is leaking out.

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