Pricipi di tomografia computerizzata
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PRICIPI DI TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA. Definizione.

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PRICIPI DI TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA

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Presentation Transcript


Pricipi di tomografia computerizzata

PRICIPI DI TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA


Definizione

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.


Limiti della radiologia convenzionale

Limiti della radiologia convenzionale

  • Sovrapposizione proiettiva delle strutture anatomiche  informazione sintetica

  • Scarsa risoluzione di contrasto


Pricipi di tomografia computerizzata

Perché la TC ?

  • Superare il limite della sovrapposizione proiettiva delle strutture  informazione analitica

  • Migliorare la risoluzione di contrasto


Storia della tc

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


Componenti di un apparecchiatura tc

GEN

D

D

D

D

Componenti di un’apparecchiatura TC

Convertitore analog./digit. SAD

Elaboratore elettronico

Monitor di visualizzazione

Archiviazione

Worksation

Hard copy


Da cosa composta un apparecchiatura tc

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 ?


Tubo radiogeno

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)


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

fotorivel

cuffia


Pricipi di tomografia computerizzata

Finestra


Pricipi di tomografia computerizzata

Filamento

Antielettrodo

raffreddamento


Pricipi di tomografia computerizzata

Raffreddamento con acqua-propilene-ac.glicolico


Pricipi di tomografia computerizzata

Griglia fotorivelatori


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Lettino e gantry

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Tc principi fisici

TC – Principi Fisici

  • Attenuazione lineare dell’energia radiante

  • Localizzazione spaziale delle strutture

  • Procedimenti di calcolo per elaborare i dati


Attenuazione lineare dell energia radiante

D

D

D

D

Attenuazione lineare dell’energia radiante

Lampert-Beer Law

II= Energia del raggio incidente

I(w)=I0 e ^-1 w


Tc principi fisici1

TC – Principi Fisici

  • Attenuazione lineare dell’energia radiante

  • Localizzazione spaziale delle strutture

  • Procedimenti di calcolo per elaborare i dati


Localizzazione spaziale delle strutture

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.


Localizzazione spaziale delle strutture1

Channel # (1-900)

Localizzazione spaziale delle strutture


Tc principi fisici2

TC – Principi Fisici

  • Attenuazione lineare dell’energia radiante

  • Localizzazione spaziale delle strutture

  • Procedimenti di calcolo per elaborare i dati


Procedimenti di calcolo per elaborare i dati

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.


Procedimenti di calcolo per elaborare i dati1

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


Pricipi di tomografia computerizzata

N0

N0

µ1

µ2

N0

N1

N0

µ3

µ4

N2

N3

N4


Procedimenti di calcolo per elaborare i dati2

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


Procedimenti di calcolo per elaborare i dati3

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


Pricipi di tomografia computerizzata

How many views are required ?

Original

64 views

128 views

1024 views

256 views

512 views


Pricipi di tomografia computerizzata

Views simulation


Pricipi di tomografia computerizzata

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)


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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.


Pricipi di tomografia computerizzata

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

livello


Pricipi di tomografia computerizzata

3000

2000

1000

0

- 1000

H-unit


Modelli costruttivi delle apparecchiature tc

Modelli costruttivi delle apparecchiature TC

Generazioni di apparecchiature TC convenzionali

TC spirale a strato singolo e multistrato


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Tc spirale

TC SPIRALE


Pricipi di tomografia computerizzata

ACQUISIZIONE SPIRALE VOLUMETRICA

Emissione continua di raggi X durante l’…..

…Avanzamento continuo del lettino porta-paziente con…

Acquisizione continua di dati.


Pricipi di tomografia computerizzata

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


Pitch

Pitch


Pitch1

Pitch

  • Con Pitch UNO (1:1) la velocità di avanzamento del del tavolo coincide con la collimazione del fascio di raggi X

  • Con Pitch DUE (2:1) la velocità di avanzamento del tavolo è il doppio la collimazione del fascio di raggi X

  • Maggiore è il Pitch maggiore è il volume esaminato nello stesso tempo

  • Pitch TRE è il massimo per la TC spirale a strato singolo


Vantaggi

Vantaggi

  • Maggiore velocità di acquisizione

  • Acquisizione dell’intero volume senza pause


Vantaggi1

Vantaggi

  • Possibilità di interpolazione dei dati per ottenere immagini interlacciate

  • Ottimizzazione ricostruzioni multiplanari e tridimensionali


Vantaggi2

Vantaggi

  • Ottimizzazione dell’impiego di mdc (studi dinamici)

  • Possibilità di esami angiografici

  • Minore stress meccanico dell’apparecchiatura


Pricipi di tomografia computerizzata

TC SPIRALE MULTISTRATO

Nuova tecnologia costruttiva dei detettori

TC SPIRALE A STRATO SINGOLO

TC SPIRALE MULTISTRATO

TUBO RADIOGENO

TUBO RADIOGENO

FASCIO RX

DETETTORI

DETETTORI

UNICA FILA DI DETETTORI

PIU’ FILE DI DETETTORI


Tc spirale strato singolo

TC SPIRALE STRATO SINGOLO


Tc spirale multistrato

TC SPIRALE MULTISTRATO


Pricipi di tomografia computerizzata

TC SPIRALE A STRATO SINGOLO

TC SPIRALE MULTISTRATO


Vantaggi3

Vantaggi

  • Ancora maggiore velocità di acquisizione

  • Voxel isotropico: stesse dimensioni nei tre assi, uguale risoluzione nei tre piani dello spazio

  • Ottimizzazione dell’impiego di mdc (studi dinamici)

  • Possibilità di esami angiografici non solo periferici ma anche cardiaci e di perfusione

  • Ottimizzazione ricostruzioni multiplanari e tridimensionali


Pricipi di tomografia computerizzata

20 cm

DIFFERENZE NELLA VELOCITÀ DI ACQUISIZIONE DELLE DIVERSE APPARECCHIATURE TC

(spessore di strato 5 mm)

1 sec.

120 sec.

1 sec.

40 sec.

0,5 sec.

5 sec.


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