TC Torace:
Ottimizziamo i Parametri di
Acquisizione ed Elaborazione
Massimo Imbriaco
Universita’ degli Studi “Federico II” Napoli
Dal Singolo-strato al Multi-strato….
TCMS
TCSS
< 1998
1 x 5 mm
TCMS
1998
4 x 1 mm
2004
16 x 0.75 mm
Dal Singolo-strato al Multi-strato….
TCMS
Fette piu’ sottili
Breath-Hold
Imaging
Volumetrico
Acquisizioni veloci e
rapido processing (2 slice/sec)
Ricostruzioni contigue
Perche’ TC Multislice ?
TCMS
Tempo di rotazione del gantry: 0.5 sec
TCSS
Tempo di rotazione del gantry:1 sec
Uguali tempi di scansione
Per coprire la stessa distanza con TCSS un “compromesso” tra tempo e risoluzione e’ necessario:
Tempi piu’ lunghi di scansione
Collimazione piu’ ampia
Perche’ “piu’ veloce” e’ meglio ?
 Migliorata risoluzione temporale
 Migliorata risoluzione spaziale
 Migliorato rapporto segnale/rumore
 Migliorata efficienza di utilizzazione del tubo radiogeno
 Possibilita’ di ricostruzione retrospettiva con fette piu’
sottili
 Possibilita’ di ricostruzioni 3D
Risoluzione Spaziale
Definizione
dell’immagine
Risoluzione di contrasto
TC Image Quality
Rumore
Risoluzione temporale
Artefatti
Risoluzione spaziale
 Definizione di piccoli oggetti e dettagli che
possono essere differenziati dalle strutture
circostanti con una elevata differenza di densità.
Risoluzione di Contrasto
 Definizione di piccoli oggetti e dettagli che possono
essere differenziati dalle strutture circostanti con
minima differenza di densità.
Risoluzione Temporale
 Tempo totale di acquisizione dei dati
per singola immagine; piu’ corta è
l’acquisizione piu’ elevata sarà la
risoluzione temporale e minori gli
artefatti da movimento (essenziale per
studi cardiaci).
Definizione dell’immagine
…..rappresenta la chiarezza di un oggetto
rispetto alle strutture vicine e dipende da:
 Tempo di scansione
 Spessore della fetta
 Kernel
 Image display
 Tecnica dell’operatore
Rumore
………si sovrappone all’immagine e puo’
determinare la classica immagine “granulosa”
ed è a sua volta influenzato da:
 Kv
 mAs
 Kernel
 Spessore fetta
 Collimazione
 Dimensioni del paziente
 Image display
Artefatti
....Sono varie strutture o “pattern” che
compaiono nella immagine TC ma non sono
presenti nell’oggetto originale e dipendono da:
 Tempo di scansione
 Spessore fetta
 Collimazione
 Movimenti del paziente
 Errori dell’operatore
 Difetti tecnici
TCMS: Problematiche
 Configurazione dei Detettori
 Pitch
 Ottimizzazione nell’uso dei Mezzi di Contrasto
 Tecniche di ricostruzione
 Applicazioni cliniche
Configurazione dei Detettori: 4 slices….
Simmetrici
Asimmetrici
Misti
2002
Detettori Simmetrici
Radiazione Incidente
16 elementi di uguale ampiezza
lungo l’asse Z
General Electric
2 X 0.63 mm
4 X 1.25 mm
4 X 2.5 mm
4 X 3.75 mm
4 X 5 mm
2 X 10 mm
Segnale in Uscita
Detettori Asimmetrici
Radiazione
Incidente
Radiazione
Incidente
5
2.5
Segnale
in Uscita
Segnale
in Uscita
1.5
1
1 1.5
2.5
5
8 elementi di ampiezza diversa
lungo l’asse Z
Picker, Siemens
2 X 0.5 mm
2 X 1.0 mm
2 X 1.5 mm
4 X 1.0 mm
4 X 2.5 mm
2 X 10 mm
Detettori Misti
Peculiare della
Toshiba
Da 6 a 16 Slices…..
2004
Take home points
La geometria con detettori simmetrici è caratterizzata da una
maggiore versatilità, grazie alla possibilità di poter ottenere un
un maggiore numero di fette per rotazione, ma risulta
potenzialmente meno efficace per la ridotta efficienza dei detettori.
Che tipo di configurazione è preferibile
utilizzare nella pratica clinica con un
sistema 4 Slices ?
General Electric
Toshiba, Picker, Siemens
2 X 0.63 mm
4 X 1.25 mm
4 X 2.5 mm
4 X 3.75 mm
4 X 5 mm
2 X 10 mm
2 X 0.5 mm
2 X 1.0 mm
2 X 1.5 mm
4 X 1.0 mm
4 X 2.5 mm
2 X 10 mm
Che tipo di configurazione è preferibile
utilizzare nella pratica clinica con un
sistema 8-16 Slices ?
General Electric
Philips, Siemens
Toshiba
16 X 0.63 mm
16 X 1.25 mm
8 X 1.25 mm
8 X 2.5 mm
8 X 3 mm
16 X 0.75 mm
16 X 1.5 mm
8 X 3 mm
16 X 0.5 mm
16 X 1 mm
16 X 2 mm
Durata di scansione con
sistemi a 16 slice
Indicazione
 Willis
 Encefalo
 Carotidi
 Torace
 Addome
 Tor+Add
 Run-off A-I
Lunghezza
3 cm
15 cm
25 cm
30 cm
40 cm
60 cm
120 cm
Configurazione
16x0.75
16x0.75
16x0.75
16x0.75
16x1.5
16x1.5
16x1.5
Tempo
3 sec
4 sec
7 sec
8 sec
5 sec
8 sec
17 sec
Definizione di Pitch con TC a Singolo-Strato
Pitch = avanzamento del tavolo
ampiezza nominale della fetta
Avanzamento
Collimazione
Ampiezza fetta
Pitch:
Definizione di Pitch con TC Multi-Strato
2 definizioni di Pitch con TCMS
Pitchx = avanzamento del tavolo
ampiezza fascio radiazioni
Pitchd = avanzamento del tavolo
ampiezza detettore
Pitchx
e
Pitchd
Fascio di radiazioni: 20 mm
Avanzamento
del tavolo: 20 mm
Pitchx = 20 = 1
20
Pitchd = 20 = 4
5
Detettori da 5 mm
Vi sono Pitch ottimali in TC Multi-strato ?
Sistemi a 4 fette:
Philips:
Pitchd consigliati: 2.5, 3.5, 5, 7
Toshiba:
Pitchd consigliati: 3, 3.5, 4.5, 5, 5.5, 6
Siemens:
Non vi è un Pitch ottimale
GE:
Permette solo due Pitchd: 3 e 6
Pitch e qualità dell’immagine in TCMS
•
Il rapporto tra il Pitch e la qualità dell’immagine non è lineare; in genere la
qualità di una single-slice che lavora con un pitch di 1 si ottiene con un pitch 3
con una multislice. Pitch < 1 solo per applicazioni scheletriche.
•
Esistono pitch “ottimizzati”, così da poter campionare un volume maggiore,
con minime variazioni della qualità dell’immagine.
•
La risoluzione lungo l’asse Z non è influenzata dal Pitch in TCMS grazie
all’utilizzo di algoritmi di interpolazione (Adaptive Axial Multiple Plane
Interpolation).
•
Rapporto dose-rumore costante con il Pitch.
McCollough CH, Zink FE. Med Phys; 1999 Nov; 26(11): 2223-2230
MDC e qualita’ dell’immagine in TCMS
•
•
•
•
MDCT scanner sempre piu’ veloci !!
Tempi di acquisizione variano tra i diversi scanners.
Dinamica complessa dei mezzi di contrasto.
Differenti territori anatomici studiati e diverse lesioni
nell’ambito dello stesso organo e con diversa biologia.
Variabilià tumorale
Quali fattori influenzano il grado
di impregnazione ?
 Fattori legati al paziente: organo da studiare, le
dimensioni del paziente, età, gittata cardiaca,
funzione renale, accesso venoso
 Fattori legati all’iniezione: concentrazione,
volume, rate, pattern, durata, flash salino
 Parametri di scansione: ritardo tra iniezione ed
inizio scansione, durata scansione, bolus tracking
Problematiche del mdc con TCMS:
Rate di Iniezione
4 ml/sec
8 ml/sec
First Pass
Ricircolo
Rate di Iniezione
•
•
Durata di impregnazione prolungata
è preferibile con scanner piu’ lenti.
Iniezione veloce è preferibile con
MSCT permettendo anche di ridurre
il volume di contrasto.
Per uno studio bi-fasico del fegato è preferibile un elevato
rate di iniezione che amplifica la differenza di impregnazione
tra sistema arterioso e parenchima
Problematiche del mdc con TCMS:
Concentrazione Iodica
First Pass
1.2 g/I/ml
2.4 g/I/ml
Ricircolo
Problematiche del mdc con TCMS:
Concentrazione Iodica
 Maggiore è la concentrazione minore puo’ essere il rate di
iniezione !!
 Nessuna differenza tra 370-350 mg !!
 Svantaggio delle alte concentrazioni: viscosità del contrasto
Picco di impregnazione aortico piu’ precoce e maggiore; meno
evidente per la parenchimografia epatica
Problematiche del mdc con TCMS:
Tipologia dell’iniezione
Singola iniezione
4 ml/sec
Doppia iniezione
6 ml/sec e 3 ml/sec
Problematiche del mdc con TCMS:
Tipologia dell’iniezione
 Terzo tipo di iniezione: iniezione
decellerata esponenziale
Uniforme grado di impregnazione
con ridotto volume rispetto
all’iniezione monofasica
Problematiche del mdc con TCMS:
Durata dell’iniezione
Piu’ lunga è la durata dell’iniezione ritardato sarà il picco di
enhancement; con iniezioni corte il tempo per raggiungere il
picco di enhancement dipenderà da altri fattori: Gittata
cardiaca, dinamica circolatoria etc..
Dinamica del contrasto e TCMS
• Key Points:
• Vi è una correlazione diretta tra il rate di iniezione, la
concentrazione iodica, la durata dell’iniezione ed il grado di
impregnazione arteriosa.
• Il tempo di circolo arterioso varia da paziente a paziente per
cui diviene necessario adattare ed individualizzare i tempi
di scansione per ogni paziente.
Bolus Tracking
Definizione di una regione di interesse
sull’aorta in fase pre-contrastografica.
Viene stabilita “a priori” una soglia in
HU, raggiunta la quale, dopo la
somministrazione del contrasto partirà
la scansione.
MDC e qualità delle immagini
Take Home Points
•
•
•
•
•
L’impregnazione arteriosa è direttamente proporzionale alla
concentrazione di Iodio.
In caso di acquisizioni lente (TCSS: 22-40 sec) utilizzare iniezioni
bifasiche.
In caso di acquisizioni veloci (TCMS: 10-20 sec) utilizzare alte
concentrazioni ed elevati rate di infusione.
Individualizzare il timing di iniezione (specie per studi
cardiovascolari).
Flashing salino “a tergo” per migliorare la qualità delle immagini.
Tecniche di Ricostruzione e
Qualità delle Immagini
Grazie alla migliorata risoluzione temporale e spaziale la TCMS consente
riformattazioni multiplanari (MPR) isotropiche (dimensioni uguali su tutti i lati).
Partendo dall’immagine nativa sarà possibile riformattare la stessa su piani diversi
con una qualità sovrapponibile a quella ottenuta sul piano di acquisizione.
MSCT
Isotropico
SSCT
Anisotropico
Riformattazione planare curvilinea
(MPR Curvilinea)
• Sono singole immagini ottenute tracciando un “sentiero”
curvilineo sulle immagini native lungo una particolare regione di
interesse; l’immagine curvilinea ottenuta viene generata
attraverso una operazione di interpolazione lineare sulle tre
dimensioni.
• Consente di illustrare anche la piu’ complessa e tortuosa
anatomia e patologia in una singola immagine 2D.
Trombosi VMS
Tumore duodenale
ipervascolarizzato
MPR: Quanto deve essere
lo spessore ?
•
•
•
•
•
Colonna Cervicale:
Osso Temporale:
Mediastino:
Addome:
Pelvi:
1 mm
1 mm
5 mm
4-6 mm
3 mm
Prokop M. 2003
Algoritmi di ricostruzione 3D
Shaded Surface Display
Maximum Intensity Projection
Volume Rendering
Shaded Surface Display
(SSD)
• Definizione: ricostruzione 3D che dà un “calco” della
•
•
lesione o dell’organo da studiare ma non consente di
vedere ciò che c’è al suo interno.
Vantaggi: richiede un numero limitato di informazioni per
formare l’immagine e computer meno potenti. Utile nelle
applicazioni muscolo-scheletriche.
Svantaggi: utilizza solo il 10% delle informazioni di un
volume con perdita della luminosità dell’oggetto.
Maximum Intensity Projection
(MIP)
• Definizione: rappresenta la proiezione su di un piano del
•
•
voxel piu’ luminoso.
Vantaggi: particolarmente utile nelle ricostruzioni dei
vasi.
Svantaggi: utilizza solo il 10% delle informazioni di un
volume con perdita della profondità e della visione
prospettica.
Volume Rendering (VR)
• Definizione: somma pesata del contributo di ciascun voxel di
un intero volume; vengono utilizzati 4 parametri per formare
l’immagine: 1) opacità 2) livello 3) ampiezza della finestra 4)
luminosità.
• Vantaggi: utilizza il 100% delle informazioni di un volume
con conservazione della luminosità e della visione prospettica.
• Svantaggi: necessità di computer potenti e stato dell’arte.
TOPOGRAMMA
Con la TC è possibile studiare il
parenchima polmonare, le strutture
mediastiniche,
le
componenti
scheletriche etc.
Lo studio, in base al quesito
clinico, può essere fatto con o
senza l’impiego di m.d.c.
Il primo momento dell’esame è
l’esecuzione del topogramma per
definire i limiti della regione da
studiare.
Finestra Mediastinica (apice polmonare)
1. Trachea
2. Esofago
3. M. Trapezio
4. Clavicola sin.
4*. Clavicola destra
5. M. Subscapulare
6. M. Infraspinato
7. M. Supraspinato
8. M. Grande Pettorale
9. M. Piccolo Pettorale
10. M Serrato Ant.
11. M Latis. Dorsale
12. M. e. dell’apofisi
13. A. Succlavia sin.
13* A. Succlavia (por. distale)
13. A. Succlavia dx
14. A. carotide com. dx
14* A. carotide com. dx
15. V. giugulare int. Sin.
15* V. giugulare int. dx
16. Scapola
17. Prima costa
21. V. brachiocefalica dx
Finestra Mediastinica (arco aortico)
1. Trachea
2. Esofago
5. M. Subscapulare
6. M. Infraspinato
11. M. Latissimus Dors.
12. M. Er. apofisi
18*. Corpo sternale
19. Arco Aortico
22. Vena Cava Superiore
24. Muscolo Teres Major 25.
Muscolo Teres Minor
Finestra Mediastinica (arteria polmonare)
2. Esofago
3. M. Trapezio
6. M. Infraspinato
11. M. Latissimus Dors
18*. Corpo sternale.
19*. Aorta ascendente
19+ Aorta discendente
20. Vena Azygos
22. Vena Cava Superiore 24.
M. Teres Major
29. Tronco Polmonare
30. A. Polmonare Dx
30*. A. Polmonare Sin.
Finestra Mediastinica (4 camere atrio-ventricolari)
19+ Aorta discendente 20.
Vena Azygos
33. Ventricolo destro
34. Atrio Destro
35. Atrio Sinistro
36. Ventricolo sinistro
37. V. Polmonare Dx
37*. V. Polmonare Sin.
38. Setto interventric.
40. Valvola tricuspide
Finestra per Parenchima Polmonare
Trachea
Bronco per il Lobo Superiore di destra
Bronco per il Lobo Medio
Bronchi per il Lobo Inferiore di destra
Bronchi per il Lobo Superiore di sinistra
Bronchi per il Lobo Inferiore di sinistra
Tecnica di Acquisizione con TCSS
Stadiazione
Area studiata
Dall’apice del polmone
alle ghiandole
surrenaliche
Rate di infusione
2 ml/sec
Concentrazione Iodica
370 mgI/ml
Delay
40-50 sec
Tempo di scansione
25-35 sec
Spessore fetta
5 mm
Intervallo di
ricostruzione
5 mm
Tecniche 3D
N.A.
Sezioni sottili (2-3 mm)
Solo in casi selezionati
per lo studio delle vie
aeree
Tecnica di Acquisizione con TCSS
Ricerca di Metastasi Polmonari
Area studiata
Dall’apice del polmone alle
basi polmonari
Rate di infusione
2 ml/sec
Concentrazione Iodica
370 mgI/ml
Delay
40-50 sec
Tempo di scansione
35-40 sec
Spessore fetta
5 mm
Intervallo di ricostruzione
3-5 mm
Tecniche 3D
N.A.
Il contrasto è necessario ?
Puo’ bastare lo studio senza
mdc; da utilizzare, tuttavia,
per una migliore valutazione
dell’ilo e del mediastino
Tecnica di Acquisizione con TCSS
Sospetta Embolia Polmonare
3 mm
Area studiata
Dalle basi polmonari
all’arco aortico
Rate di infusione
3 ml/sec
Concentrazione Iodica
370 mgI/ml
Delay
18 sec o Bolus Track
Tempo di scansione
30-35 sec
Spessore fetta
3 mm
Intervallo di ricostruzione
2 mm
Tecniche 3D
Volume Rendering - MIP
Commento
Eseguire lo studio in senso
caudo-craniale; utile
estendere lo studio agli arti
inferiori per ricerca di TVP
TC ad alta risoluzione (HRCT)
• Indagine
•
dedicata allo studio dell’interstizio
polmonare, delle vie aeree di conduzione e degli
spazi aerei.
Può essere eseguita con tecnica convenzionale o
volumetrica e si caratterizza per i peculiari parametri
di acquisizione e di ricostruzione delle immagini.
Tecnica
TC
•
•
•
•
•
•
Coll. = 8-10 mm
Intervallo = 8-10 mm
mAs = 100-150
Filtro = Standard
Matrice = 512 x 512
FOV = 35-40 cm
HRCT
•
•
•
•
•
•
Coll. = 1 mm
Intervallo = 10 mm
mAs = 200-250
Filtro = Alta Risoluzione
Matrice = 512 x 512
FOV = 20-30 cm
Pleura e Scissure
TC
HRCT
TC ad alta risoluzione (HRCT)
ATTENZIONE !!
L’esame TC ad alta risoluzione rimane, per le
sue intrinseche caratteristiche tecniche, un
esame concettualmente di campionamento,
oggi molto più accurato che in passato, ma
sempre di campionamento …..
TC ad alta risoluzione
Filtro di ricostruzione
Standard
Alta Risoluzione
Collimazione = 1 mm
Collimazione = 1 mm
Filtro di ricostruzione
Standard
Alta Risoluzione
Collimazione = 1 mm
Collimazione = 1 mm
TC
HRCT
Enfisema parasettale
Enfisema centrolobulare
Pleura e Scissure
Pleura e Scissure
Polmonite da Pneumocisti Carinii in HIV+, 31 aa
Ground Glass, vasi normali ed anormali
Piccole bolle di enfisema del tipo “centrolobulare”
Ricostruzione MPR
Sagittale
Coronale
Assiale 2D
convenzionale
Leiomiosarcoma arteria polmonare
Ricostruzione: MIP
Imaging Prospettico Volume Rendering
Volume Rendering
Ricostruzione: MPR
Volume Rendering
Bronco sinistro
ostruito
Bronco destro
pervio
Assiale 2D
convenzionale
57 aa, Carcinoma non a
piccole cellule del polmone
3D
MPR
Quali sono i potenziali limiti legati alla
realizzazione di una immagine 3D
volumetrica del torace con TC
Multidetettore ?
TC Multidetettore
Realizzazione di voxel isotropici ed acquisizione di fette
sempre piu’ sottili
Aumento della dose al paziente di un fattore pari a x4 per
mantenere una buona qualita’ dell’immagine
Goal
Ottenere una elevata risoluzione spaziale ed una buona
risoluzione di contrasto ad accettabili livelli di dose !
Dose al paziente con TCMS
Voltaggio:
Corrente:
Spessore Fetta:
Pitch:
Range:
Tempo scansione:
Tempo di rotazione:
120 Kv
280 mAs
0.75 mm
1
681 mm
29 sec
0.5
Dose massima (Tiroide):
22.1 mSv
Dose effettiva (ICRP 60):
17.1 mSv !!
Aumento della dose del 10-30% !!!
Quali presidi da attuare per ridurre la dose al
paziente con TCMS ?
• Riduzione dei mAs (specie per il distretto toracico)
• “Smart Technique”: modulazione automatica della corrente del
tubo che puo’ essere ridotta dove il diametro del paziente e
l’attenuazione sono minori (antero-posteriore) ed aumentata
dove il diametro e’ maggiore (latero-laterale) !!
• Multi Adaptive Filtering (MAF): reale sistema di filtrazione
3D che lavora sui 3 piani x, y z
Corrente del Tubo Costante
Attenuazione: 2000
Attenuazione: 50
Rumore Elevato
e Disomogeneo
“Smart Technique”
Corrente del Tubo Modulata
Attenuazione: 2000
Attenuazione: 50
Rumore Basso
ed Omogeneo
“Smart Technique”
49% riduzione della dose al paziente !!!
Corrente Costante: 327 mAs
Corrente Modulata: 166 mAs
Kalender WA, Med Phys 26;2248-2253,1999
Gress H, RSNA 2001
Fette da 1 mm
Duplice uso
Ricostruzione 1.25 mm
Workstation
Ricostruzione 5 mm
PACS
Pellicola
Gestione delle Immagini
Intranet (Fast-Ethernet, Storage
Area Network SAN)
Shared Data Base vs DICOM
Hardware e Workstation stato dell’arte
PACS
Perche’ 3D ? Quale Futuro ?
• E’ il modo piu’ semplice per guardare ad una immensa mole di
dati in un formato ristretto.
• Studi clinici prospettici di validazione della metodica.
• Accurata scelta dei parametri tecnici per ottenere una buona
immagine 3D evitando di irradiare il paziente in modo
ingiustificato !!!
• Aumentare la curva di apprendimento (per medici e tecnici)
nel guardare a volumi e non solo a singole fette.