SCIENZE TECNICHE APPLICATE Tomografia Computerizzata

1. SCIENZE TECNICHE APPLICATETomografia Computerizzata CdL Tecniche di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia a.a. 2012/2013-II anno Dott.ssa Francesca Luppi

2. CONTENUTII lezione • Introduzione TC • Cenni fisici • Formazione dell’immagine • Tipologie di scansione

3. TC: principi di base • La Tomografia computerizzata è una metodica non invasiva che fornisce una serie di immagini assiali del corpo umano distinguendo i vari organi e tessuti in base alla loro densità • Consiste nella misura della distribuzione spaziale di una quantità fisica in sezione dell’oggetto esaminato • Tale distribuzione è ricavabile da un processo di calcolo applicato ai dati ottenuti attraverso proiezioni su diverse direzioni della grandezza misurata

4. MISURA DEI PROFILI DI ATTENUAZIONE • I dati a disposizione provengono dall’energia rilasciata dal fascio emergente ai rivelatori • Per ogni angolazione del tubo e campionamento delle misure dei rivelatori avremo il valore di un profilo di attenuazione

5. Misura dei profili di attenuazione • I valori di intensità del fascio assorbito dai rivelatori saranno il risultato del processo di attenuazione subito,legato ai coefficienti di attenuazione dei materiali costituenti i singoli voxel

6. Ricostruzione dell’immagine tomografica • A partire dai dati dei profili di attenuazione è possibile calcolare la distribuzione spaziale dei coefficienti di attenuazione • Il metodo di ricostruzione che si è affermato maggiormente per la ricostruzione delle immagini tomografiche è la retropriezione filtrata

7. Retroproiezione • Immaginiamo di retroproiettare per ogni proiezione il valore numerico di ciascun raggio lungo la stessa traiettoria • Il risultato sarà quello di avere un valore numerico per ciascuno dei singoli punti del campo di ricostruzione • Se questi numeri vengono trasformati in toni di grigio si ha un immagine che un’approssimazione più o meno grezza dell’oggetto originale

8. Retroproiezione • I valori numerici di tutti i punti dell’immagine retroproiettata riceveranno contributi anche dai punti adiacenti • L’immagine ottenuta è sfumata ,l’oggetto non è ben definito

9. Retroproiezione filtrata • I dati grezzi di ciascuna proiezione prima di venire retroproiettati vengono opportunamente modificati o filtrati con un processo detto di convoluzione • La convoluzione si ottiene applicando una funzione matematica all’effettiva curva di risposta dei detettori

10. Retroproiezione filtrata • In questo modo si riesce ad ovviare allo “sparpagliamento” dei dati nell’immagine tomografica

12. Kernel • È il filtro di ricostruzione • Calcola il valore di un raggio in base al valore dei dati vicini • Aumentando le differenze tra raggi adiacenti avremo un’esaltazione dei margini (edgeenhancement) • Altri kernel riducono invece la differenza tra i raggi adiacenti (filtri di appianamento o smoothing)

13. Matrice ,pixel e voxel • L’immagine TC ricostruita viene rappresentata in una mappa numerica distribuita su una superficie quadrettata detta matrice • Ciascun quadratino della matrice è detto pixel • Dal momento che la sezione esaminata ha un determinato spessore,ad ogni pixel è assegnato un elemento di volume, il voxel

14. Voxel • E’ un elemento 3D che compone l’oggetto in esame; le sue dimensioni dipendono dal prodotto tra Pixel e spessore di strato • Altezza e larghezza sono costanti, mentre la profondità dipende dallo spessore di strato

15. Numeri TC e scala Hounsfield • A ciascun voxel viene attribuito un valore numerico che rappresenta una media dell’attenuazione del corrispondente volume di tessuto,detto numero TC o unità Hounsfield (HU) • L’HU è direttamente proporzionale al coefficiente di attenuazione lineare e si esprime in rapporto ad una scala arbitraria detta scala Hounsfield

16. Scala Hounsfield Per l’aria si ha HU=-1000,per l’osso si arriva fino a 2000. La scala Hounsfield non ha limite superiore,per molti scanner si usano valori da -1024 HU fino a 3071,con 4096 livelli e quindi 12 bit per pixel

17. CT NUMBER SCALE • CORTICAL BONE +1,000 • MUSCLE +50 • WHITE MATTER +45 • GRAY MATTER +40 • BLOOD +20 • FAT -100 • LUNG -200 • AIR -1,000 • WHITE • GRAY • LIGHT GRAY • GRAY • GRAY • DARK GRAY TO BLACK • DARK GRAY TO BLACK • DARK GRAY TO BLACK WATER – 0 BASELINE

18. Finestra: ampiezza e livello • Viene visualizzato un numero ridotto di numeri TC corrispondenti ad un numero ridotto di livelli di grigio, l’intervallo di questi numeri è chiamato larghezza della finestra, il centro della finestra corrisponde al numero TC rappresentato dal livello medio di grigio visualizzato

19. Finestra: ampiezza e livello

20. Contrasto • La scala dei numeri CT è molto più ampia di quella dei livelli di grigio a disposizione per il monitor che mostra l’immagine. Tra l’altro il sistema visivo umano non è in grado di apprezzare una così ampia gamma. • Si risolve il problema usando una finestra: - finestra piccola = alto contrasto, bassa distinzione tra tessuti, immagine più rumorosa. - finestra grande = basso contrasto, alta distinzione tra tessuti, immagine meno rumorosa

21. L’ evoluzione …

22. Un po’ di storia… • Gli studi iniziarono negli anni ’50 e negli anni ’60 fu costruito il primo prototipo (Allan M. Cormack). • La prima apparecchiatura sperimentale in un ospedale risale al 1971 (Inghilterra). • La prima macchina commercializzata è americana (1973) e consentiva solo esami alla testa (gantry con una piccola apertura). • Nel 1976 si realizzò la prima TAC per esami al tronco. • Nel 1978 Cormack vinse il premio Nobel.

23. I generazione:tomografo solo per la testa Tempi di acquisizione superiori a 24 h !!!!!

24. III generazione • Tecnologia attualmente in uso • Multi-rivelatore ad arco • Rotazione a 360° • Tempi di acquisizione 4-5 sec

25. Ieri e… Tac encefalo 1971 TC encefalo multislice

27. …Oggi • Modalità di acquisizione: da sequenziale (strato dopo strato) a volumetrica (spirale) • Sistema di rivelazione: da singolo strato a corone multidettore

28. TC Spirale • Introdotta nel 1990 da Siemens per uso clinico • Acquisizione continua dei dati • Si abbandona la tecnica sequenziale(step and shoot: rotazione 360°-stop -rotazione 360°in senso opposto)a favore della tecnica di acquisizione volumetrica in cui il tubo radiogeno è in rotazione continua ed il lettino in contemporaneo movimento traslatorio costante

29. Pitch È il rapporto tra velocità di incremento del tavolo (mm/sec) durante una rotazione completa del tubo radiogeno diviso per lo spessore nominale di collimazione del fascio

30. Pitch Pitch 1 Pitch2

31. PITCH • <1 overlapping , spessore dello strato è maggiore rispetto all’avanzamento del lettino • =1 spessore dello strato è uguale all’avanzamento del lettino • >1 spessore dello strato è minore dell’avanzamento del lettino

32. TC multislice • Non c’è più una sola linea di detettori ma una corona composta di varie linee di detettori che acquisiscono perciò contemporaneamente più fette(multislides). • L’evoluzione tecnologica ha portato da 2 slides (nel 1992) a 64 slides.

33. TC Spirale vs TC Sequenziale • VANTAGGI • Riduzione tempo di esame • Possibilità di acquisire in apnea volumi sufficientemente ampi (dipende da efficienza termica del tubo radiogeno) • Acquisizione in una singola apnea di un intero volume (es. torace) con eliminazione della possibilità di “vuoti” fra le singole scansioni • Ottimizzazione utilizzo mdce.v. • Possibilità di studi contrastografici con acquisizioni in diverse fasi (es. arteriosa, portale, venosa, tardiva) degli organi parenchimatosi • Possibilità di ricostruzioni MPR e 3D di buona qualità • Possibile acquisizione di Voxel Isotropici (dimensioni uguali nei tre assi x, y e z) con ricostruzioni multiplanari di qualità sovrapponibile a quella delle immagini acquisite sul piano assiale

34. Riferimenti bibliografici • Willi A. Kalender “Computed Tomography”, Publicis MCD Verlag, 2000 • www.impactscan.org • F. Mazzuccato “AnatomiaradiologicaTecnica e MetodologiapropedeuticheallaDiagnostica per Immagini”, Piccin,1997

35. FINE