Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1.

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1 Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1

2 DEI - Univ. Padova (Italia) Radiologia convenzionale

3 DEI - Univ. Padova (Italia) Radiologia convenzionale

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

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

6 DEI - Univ. Padova (Italia) Tomografia convenzionale

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

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

9 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

10 DEI - Univ. Padova (Italia) 72 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 Primo Sistema TC Slip-ring 1 sec. Prima TC Spirale Dual-sliceTC Scansionesub-secondo Scansione 0.5 sec Sistema TC Quattro-slice 16-slice Tomografia Assiale Computerizzata

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

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

13 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

14 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

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

16 DEI - Univ. Padova (Italia) Principio di funzionamento

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

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

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

20 DEI - Univ. Padova (Italia) Geometrie di scansione: I generazione Sorgente + singolo rivelatore Fascio collimato a pennello Traslazione + rotazione (1º-2º) T acq cranio: 3-5 min T acq addome: 5-10 min

21 DEI - Univ. Padova (Italia) Geometrie di scansione: II generazione Sorgente + n rivelatori (es. 10) Fascio collimato a pennelli multipli su 3º-20º Traslazione + rotazione T acq cranio: 15-20 s T acq addome: 25-30 s

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

23 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 T acq : 1.5-3 s

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

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

26 DEI - Univ. Padova (Italia) Geometrie di scansione: IV generazione Sorgente + anello rivelatori (es. 600- 2000) su 360º statico Fascio collimato a ventaglio 40º-50º (geometria fan beam) Rotazione sola sorgente T acq : ≈ 1 s

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

28 DEI - Univ. Padova (Italia) CT elicoidale (spiral CT) CT elicoidale: rotazione tubo + trasl. lettino continui interpolazione dati T tot ≈ 20-80 s Vantaggi CT elicoidale: “T slice “ molto ridotto risol. in z molto migliore (interpol.) no artefatti movimento

29 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

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

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

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

33 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).

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

35 DEI - Univ. Padova (Italia) Caratterizzazione: SSP Pitch=1.0 Pitch=2.0 Interpolazione a 180° Interpolazione a 360° Dimensione nominale della sezione Slice Sensitivity Profile

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

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

38 DEI - Univ. Padova (Italia) Principali componenti

39 DEI - Univ. Padova (Italia) Principali componenti

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

41 DEI - Univ. Padova (Italia) Sensori Sensori digitali (conteggio fotoni) Stato solidoStato solido –cristallo scintillatore (NaI(Tl), BGO) –fotodiodo o PMT A gasA gas –camera di ionizzazione –Xenon ad alta pressione –  V tra piastre

42 DEI - Univ. Padova (Italia) Sensori