Strumentazione Biomedica 2
Tomografia computerizzata a raggi X - 1
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
DEI - Univ. Padova (Italia)
Tomografia convenzionale
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
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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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Tomografia Assiale Computerizzata
Primo
Sistema TC
Slip-ring
1 sec.
Prima TC
Spirale
Scansione
sub-secondo
Dual-slice
TC
Scansione
0.5 sec
Sistema TC
Quattro-slice
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Sistema TC
16-slice
Tomografia a raggi X
• scanner raggi X
• elaboratore per
ricostruzione
immagine (“no
fotografia”)
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Tomografia a raggi X
TUBO
RADIOGENO
APERTURA
RIVELATORI
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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
y

x
x cos   y sin   t
x cos  y sin   t1
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Principio di funzionamento
• Fasci paralleli (pencil beam)
• Fasci a ventaglio (fan beam)
y
y

f ( x, y )
x

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x
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
proiezione
retroproiezione
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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
DEI - Univ. Padova (Italia)
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
DEI - Univ. Padova (Italia)
Geometrie di scansione: III generazione
Artefatto
d’anello
Rivelatore
danneggiato
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Geometrie di scansione: IV generazione
• Sorgente + anello rivelatori (es. 6002000) 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
avanzament o del lettino per rotazione (mm)
Pitch 
collimazio ne del fascio (mm)
Il pitch è un parametro importante nelle scansioni
elicoidali:
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
Slice Sensitivity
Profile
Dimensione nominale
della sezione
Pitch=2.0
Interpolazione
a 180°
Interpolazione
a 360°
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Tomografia a fascio elettronico
• Difficoltà esami cardiaci
• Eliminazione tutti i movimenti meccanici
• CVCT: CardioVascular Computed Tomography
EBT: Electron Beam Tomography
• 50 ms per slice
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Tomografia a fascio elettronico
DEI - Univ. Padova (Italia)
Principali componenti
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Principali componenti
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Principali componenti
Percorso dei raggi X
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Sensori
• Sensori digitali (conteggio fotoni)
• Stato solido
– cristallo scintillatore (NaI(Tl), BGO)
– fotodiodo o PMT
• A gas
– camera di ionizzazione
– Xenon ad alta pressione
– DV tra piastre
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Sensori
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