Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1.
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Strumentazione Biomedica 2 Tomografia computerizzata a raggi X - 1
DEI - Univ. Padova (Italia)
Radiologia convenzionale
DEI - Univ. Padova (Italia)
Radiologia convenzionale
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
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Radiografia Convenzionale: Limitazioni
Non è possibile distinguere i varii tessuti molli
Non è possibile avere informazioni densimetriche quantitative
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Tomografia convenzionale
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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
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Radiologia e Tomografia Convenzionali
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Tomografia Assiale Computerizzata
• Principio base: Radon 1917 (ricostruzione di un oggetto da sue proiezioni)
• Idea di un tomografo: Cormack 1960
• Primo scanner: Hounsfield 1973
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72
85 86 8
7 88 8
9 90 9
1 92 9
3 94 9
5 96 9
7 98 9
9 00 0
1
02 03
Primo Primo Sistema TCSistema TC
Slip-ringSlip-ring1 sec.1 sec.
Prima TC Prima TC SpiraleSpirale
Dual-sliceDual-sliceTCTC
ScansioneScansionesub-secondosub-secondo
ScansioneScansione0.5 sec0.5 sec
Sistema Sistema TCTCQuattro-Quattro-sliceslice
Sistema TCSistema TC16-slice16-slice
Tomografia Assiale Computerizzata
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Tomografia a raggi X
•scanner raggi X
•elaboratore per ricostruzionericostruzioneimmagineimmagine (“no fotografia”)
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APERTURA
TUBO RADIOGENO
RIVELATORI
Tomografia a raggi X
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Tomografia a raggi X
Una serie di raggi che attraversano il paziente sullo stesso piano formano una proiezione di uno strato trasverso
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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
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Principio di funzionamento
Sistema TC
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Principio di funzionamento
tyx sincos
1sincos tyx
y
x
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Principio di funzionamento
y
x
•Fasci paralleli (pencil beam) •Fasci a ventaglio (fan beam)
),( yxf
y
x
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Principio di funzionamento
•Profilo di assorbimento (proiezione) con traslazione
•Proiezioni multiple con rotazione
•Algoritmi di ricostruzione da proiezioni
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Principio di funzionamento
retroproiezione
proiezione
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Geometrie di scansione: I generazione
•Sorgente + singolo rivelatore
•Fascio collimato a pennello
•Traslazione + rotazione (1º-2º)
•Tacq cranio: 3-5 min
•Tacq addome: 5-10 min
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Geometrie di scansione: II generazione
•Sorgente + n rivelatori (es. 10)
•Fascio collimato a pennelli multipli su 3º-20º
•Traslazione + rotazione
•Tacq cranio: 15-20 s
•Tacq addome: 25-30 s
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Geometrie di scansione: II generazione
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Geometrie di scansione: III generazione
•Sorgente + array rivelatori (es. 1000)in movimento sincrono
•Fascio collimato a ventaglio 30º-50º(geometria fan beam)
•Solo rotazione
•Tacq: 1.5-3 s
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Geometrie di scansione: III generazione
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Geometrie di scansione: III generazione
Rivelatore danneggiato
Artefatto d’anello
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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
•Tacq: ≈ 1 s
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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.
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CT elicoidale (spiral CT)
CT elicoidale:•rotazione tubo + trasl. lettino
continui•interpolazione dati•Ttot ≈ 20-80 s
Vantaggi CT elicoidale:•“Tslice“ molto ridotto•risol. in z molto migliore (interpol.)•no artefatti movimento
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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
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CT elicoidale (spiral CT): slip ring
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CT elicoidale (spiral CT): interpolazione
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CT elicoidale (spiral CT): pitch
(mm) fascio del necollimazio
(mm) rotazioneper lettino del oavanzamentPitch
Il pitch è un parametro importante nelle scansionielicoidali:
Pitch<1: le acquisizioni si sovrappongono (ma >dose)
Pitch>1: alcune sezioni non vengono acquisite (ma <dose)
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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).
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Caratterizzazione: SSP
Slice Sensitivity Profile (SSP):
•Larghezza della sezione nell’immagine
•Influenza dei dettagli sulla formazione dell’immagine
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Caratterizzazione: SSP
Pitch=1.0
Pitch=2.0
Interpolazionea 180°
Interpolazionea 360°
Dimensione nominaledella sezione
Slice SensitivityProfile
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Tomografia a fascio elettronico
•Difficoltà esami cardiaci•Eliminazione tutti i movimenti meccanici
•CVCT: CardioVascular Computed TomographyEBT: Electron Beam Tomography
•50 ms per slice
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Tomografia a fascio elettronico
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Principali componenti
DEI - Univ. Padova (Italia)
Principali componenti
DEI - Univ. Padova (Italia)
Principali componenti
Percorso dei raggi X
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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
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Sensori