Strumentazione Biomedica 2
Tomografia computerizzata a raggi X - 2
Sensori a semiconduttore
Silicio drogato (p)
Silicio (n)
DEI - Univ. Padova (Italia)
+
+
+
+
+
Giunzione p-n
Sensori a semicoduttore
Movimento
degli
elettroni
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+-
+-
++
+
Movimento
virtuale delle
lacune
Sensori a semiconduttore
-
-
Regione di
svuotamento
+
DEI - Univ. Padova (Italia)
+
Sensori a semiconduttore
-
-
-
-
10 V
10 μm
+
+
+
+
ΔV/Δx=104 [V/cm]
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Sensori a semiconduttore
fotone X
+
+
DEI - Univ. Padova (Italia)
-
-
-
10 V
+
+
+
Sensori a gas ionizzati
fotone X
+
- +
- +
Gas in
pressione
ΔV
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Le quattro generazioni di tomografi
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I generazione
II generazione
III generazione
IV generazione
La tomografia spirale
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Tomografia spirale multistrato
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Dimensione della sezione
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Matrice di recettori
20 mm
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Si possono avere
elementi disposti in
maniera quasi isotropa:
1mm x 1.25mm
Recettori di dimensione variabile
Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal
centro alla periferia
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Recettori di dimensione variabile
DEI - Univ. Padova (Italia)
Collimazione del fascio
Con una stessa collimazione, sono possibili diversi
spessori delle sezioni
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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
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Risoluzione isotropica
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Pitch nella tomografia multistrato
Pitchx =
Pitchd =
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Escursione lettino
Larghezza fascio
Escursione lettino
Larghezza detettore
Tomografia Cardiaca
Nelle acquisizioni cardio TC esistono attualmente
due differenti approcci:
ECG Axial Prospective Gating
Le acquisizioni vengono effettuate in
assiale in sincronia con il segnale ECG
del paziente
ECG Spiral Retrospective Tagging
Viene eseguita una acquisizione
In spirale registrando contemporaneamente
il segnale ECG. I dati vengono poi ricostruiti in modo
sincrono al segnale registrato
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Modulazione della corrente
Corrente del tubo
radiogeno
Segnale ECG
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Finestra di
acquisizione
ECG gating: ricostruzione retrospettiva
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ECG gating: ricostruzione prospettiva
Z
16 x 1.5 mm
210 msec
@0.42sec
rotation
Time
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Gating vs non-gating
Artefatti di movimento
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Gating vs non-gating
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Distribuzione della dose
Per l’acquisizione di una singola sezione
D(z)
T
Z axis
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Scattering
Nell’acquisizione di una di più sezioni si ha il
contributo dovuto allo scattering
D(z)
Z axis
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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
1
MSAD   D( z )dz
T0
D(z)
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Dose media:
MSAD
Z axis
CT Dose Index
7T
1
CTDI   D( z )dz
T  7T
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
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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)
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CT Dose Index
Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla
superficie del fantoccio e combinate:
2
1
CTDI  CTDI centro  CTDI superficie
3
3
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Dose di radiazione per scansione spirale
Sezioni 3x2mm
Sezione 1x6mm
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Fattori che influenzano il dosaggio: velocità
Spessore nominale della sezione
Velocità nominale del lettino
Dose nominale
Velocità del lettino X2
Dose dimezzata
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Fattori che influenzano il dosaggio: pitch
D(z)
z axis
Aumentando il pitch si diminuisce la dose
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Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione
CT a sezione singola
CT multistrato
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Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni
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Fattori che influenzano il dosaggio: mAs
La dose aumenta linearmente con mAs del tubo radiogeno
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Riduzione del dosaggio
mA (rel)
B
100%
Attenuazione
aumentata
A
Attenuazione
ridotta
75%
50%
25%
A
La corrente viene variata in base
all’attenuazione della rotazione
precedente in modo da avere un
segnale costante sui detettori
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B
A
B
A
La corrente cambia in tempo reale
in 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
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Artefatti: beam hardening
Il fascio di raggi X non è monocromatico:
Le componenti meno energetiche sono attenuate
maggiormente, dunque si ha come risultato uno spettro
con una frazione incrementata di raggi energetici.
Caso policromatico
Caso monocromatico
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Artefatti: beam hardening
Misure di μ
Soluzioni:
pre-elaborazione
Caso ideale
Caso reale
(sperimentale)
Spessore di un mezzo omogeneo
post-elaborazione
acquisizione multispettro
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Artefatti: effetto di volume parziale
Grosse sezioni tomografiche
Strutture ad alto contrasto
parzialmente incluse
Sorgente di dimensione
finita
Campionamento discreto
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Artefatti metallici
I metalli bloccano quasi completamente i fotoni,
Creando delle ‘ombre’ nelle proiezioni
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Artefatti da movimento
θ=0o
θ=90
o
Time varying phantom
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Artefatti: effetto cono
Un cono con asse perpendicolare al piano di
scansione ha una sezione circolare
• Spirale
• Interpolazione
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Sezione ellittica
simile al ‘volume
averaging’
Artefatti: effetto cilindro
Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha
una sezione ellittica.
• Spirale
• Interpolazione
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• Distorsione
• Shift di attenuazione
Il rumore: elettronica
• Amplificatori
• Convertitori analogico/digitale
Gaussiano
Media nulla
Indipendente dal segnale
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Il rumore: conteggio dei fotoni
Modello del conteggio di fotoni:
processo di Poisson
Meno fotoni ho maggiore è l’errore
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Il rumore: conteggio dei fotoni
Se μ=N la varianza è anch’essa
σ2=N
L’errore relativo diminuisce
con N
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