Strumentazione Biomedica 2 - DEIenrigri/Corsi/Strumbio2/7-CT2_05.pdf · Strumentazione Biomedica 2...

Strumentazione Biomedica 2

Tomografia computerizzata a raggi X - 2

DEI - Univ. Padova (Italia)

Sensori a semiconduttore

+ + + ++Silicio drogato (p)

Giunzione p-nSilicio (n)


Sensori a semicoduttore

+-

+

+

++

- -Movimento degli

elettroni

Movimento virtuale delle

lacune



- -Regione di

svuotamento+ +



+ +

- -- -

+ +

10 V10 µm

∆V/∆x=104 [V/cm]



+ +

- -- -

+ +

10 Vfotone X

+ -


Sensori a gas ionizzati

∆V

fotone X

++

+--

-

Gas in pressione


Le quattro generazioni di tomografi

I generazione II generazione

III generazione IV generazione


La tomografia spirale


Tomografia spirale multistrato


Dimensione della sezione


Matrice di recettori

Si possono avere elementi disposti in

maniera quasi isotropa:1mm x 1.25mm

20 mm


Recettori di dimensione variabile

Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia


Recettori di dimensione variabile


Collimazione del fascio

Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni


Scelta della dimensione della ricostruzione

• E’ possibile scegliere anche dopo l’acquisizione come utilizzare i dati:

Acquisizione: 4x2.5 mm

Ricostruzione

4x2.5 mm

2x5.0 mm

1x10.0 mm


Risoluzione isotropica


Pitch nella tomografia multistrato

PitchPitchxx ==Escursione lettinoEscursione lettino

Larghezza fascioLarghezza fascio

PitchPitchdd = = Escursione lettinoEscursione lettino

Larghezza detettoreLarghezza detettore


Tomografia Cardiaca

NelleNelle acquisizioniacquisizioni cardio TC cardio TC esistonoesistono attualmenteattualmentedue due differentidifferenti approcciapprocci::

ECG Axial Prospective GatingECG Axial Prospective GatingLe Le acquisizioniacquisizioni vengonovengono effettuateeffettuate in in assialeassiale in in sincroniasincronia con con ilil segnalesegnale ECG ECG del del pazientepaziente

ECG Spiral Retrospective TaggingECG Spiral Retrospective TaggingVieneViene eseguitaeseguita unauna acquisizioneacquisizioneIn In spiralespirale registrandoregistrando contemporaneamentecontemporaneamenteilil segnalesegnale ECG. I ECG. I datidati vengonovengono poi poi ricostruitiricostruiti in in modomodosincronosincrono al al segnalesegnale registratoregistrato


Modulazione della corrente

Segnale ECG

Corrente del tubo radiogeno

Finestra diacquisizione


ECG gating: ricostruzione retrospettiva


ECG gating: ricostruzione prospettiva

16x1.5 mm

Z

Time

210 [email protected] rotation


Gating vs non-gating

Artefatti di movimento


Gating vs non-gating


Distribuzione della dose

Per l’acquisizione di una singola sezione

T

D(z)

Z axis


Scattering

Nell’acquisizione di una di più sezioni si ha il contributo dovuto allo scattering

D(z)

Z axis


Dose media: Multiple Scan Average Dose (MSAD)

MSAD è definita come la dose media, ad una determinata profondità, dovuta a un numero elevato di acquisizioni

∫=T

dzzDT

MSAD0

)(1

Z axis

D(z)Dose media:

MSAD


CT Dose Index

∫−

=T

T

dzzDT

CTDI7

7

)(1

CTDI è una stima di MSAD:Si definisce (secondo lo FDA) come la dose in ogni punto del paziente tenendo conto di 14 sezioni tomografiche


CT Dose Index

CTDI si ottiene con un setup sperimentale che fa uso di un fantoccio di composizione e forma nota

La dimensione è 16 cm (per misurare la CTDI della testa)o 32 cm (per misurare la CTDI del corpo)


CT Dose Index

Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla superficie del fantoccio e combinate:

superficiecentro 31

32 CTDICTDICTDI +=


Dose di radiazione per scansione spirale

Sezioni 3x2mm

Sezione 1x6mm


Fattori che influenzano il dosaggio: velocità

Spessore nominale della sezione

Velocità nominale del lettinoDose nominale

Velocità del lettino X2Dose dimezzata


Fattori che influenzano il dosaggio: pitch

D(z)

z axis

Aumentando il pitch si diminuisce la dose


Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione

CT a sezione singola

CT multistrato


Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni


Fattori che influenzano il dosaggio: mAs

La dose aumenta linearmente con mAs del tubo radiogeno


Riduzione del dosaggio

100%

A B A B A

75%

50%

25%

mA (rel)

AA

BB

Attenuazioneaumentata

Attenuazioneaumentata

Attenuazioneridotta

Attenuazioneridotta

La corrente viene variata in base La corrente viene variata in base allall’’attenuazione della rotazione attenuazione della rotazione precedente in modo da avere un precedente in modo da avere un segnale costante sui detettorisegnale costante sui detettori

La corrente cambia in tempo reale La corrente cambia in tempo reale in base al distretto anatomicoin base al distretto anatomico


Riduzione del dosaggio e qualità

• Diminuzione dei mAs:– Aumento del rumore

• Aumento del pitch– Peggiore ricostruzione

• Incremento del passo assiale– Introduzione di lacune nei dati


Artefatti: beam hardening

Il fascio di raggi X non è monocromatico:

Le componenti meno energetiche sono attenuate maggiormente, dunque si ha come risultato uno spettrocon una frazione incrementata di raggi energetici.

Caso monocromatico

Caso policromatico


Artefatti: beam hardening

Soluzioni:pre-elaborazione

post-elaborazione

acquisizione multispettro

Caso ideale

Caso reale(sperimentale)

Mis

ure

di µ

Spessore di un mezzo omogeneo


Artefatti: effetto di volume parziale

Grosse sezioni tomografiche

Strutture ad alto contrastoparzialmente incluse

Sorgente di dimensionefinita

Campionamento discreto


Artefatti metallici

I metalli bloccano quasi completamente i fotoni,Creando delle ‘ombre’ nelle proiezioni


Artefatti da movimento

θ=0o

θ=90o

Time varying phantom


Artefatti: effetto cono

Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare

Sezione ellittica simile al ‘volume averaging’

• Spirale• Interpolazione


Artefatti: effetto cilindro

Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha una sezione ellittica.

• Spirale• Interpolazione

• Distorsione• Shift di attenuazione


Il rumore: elettronica

• Amplificatori• Convertitori analogico/digitale

GaussianoMedia nulla

Indipendente dal segnale


Il rumore: conteggio dei fotoni

Modello del conteggio di fotoni:processo di Poisson

Meno fotoni ho maggiore è l’errore


Il rumore: conteggio dei fotoni

Se µ=N la varianza è anch’essa σ2=N

L’errore relativo diminuiscecon N

Strumentazione Biomedica 2 - DEIenrigri/Corsi/Strumbio2/7-CT2_05.pdf · Strumentazione Biomedica 2...

Documents

Transcript of Strumentazione Biomedica 2 - DEIenrigri/Corsi/Strumbio2/7-CT2_05.pdf · Strumentazione Biomedica 2...