Tecniche di Imaging in TC: principi, evoluzione e parametri di visualizzazione

Tecniche di Imaging in TC

Lezione 1 - TC

Differenza radiologia tradizionale e TC

La radiologia tradizionale è utile per discriminare strutture con elevata differenza di densità, risulta quindi difficile riconoscere strutture tra loro simili. Osso ha massima intensità visibile, tessuti molli/articolazioni bassa intensità e tendono a sparire

Contrasti naturali

Presenti in tutte le condizioni normali e patologiche: aria nei polmoni, ossa, calcificazioni = variazioni di assorbimento nei RX

Addome senza MDC

Strutture con densità molto simili (milza, pancreas, psoas, arterie ... ) Punti di repere diretta addome:

• Linea psoas fondamentale: importante per vedere accumuli di liquidi, sangue che possono depositarsi e coprirli.
• Aria intestino, colon, stomaco
• Calcificazioni
• Vasi

Proiezioni diretta addome: supino e ortostatismo / supino, tangenziale, triclinare. Si cerca disposizione aria e capire se aria è fuori dal lume intestinale. Livelli idreoaerei: all'interno dell'intestino ci sono liquidi e aria. Si trova nella bolla gastrica, fessure coliche e retto -> Se aria nella parte di destra in corrispondenza del fegato: perforazione e aria libera Nella proiezione triclinare si aspettano 10 minuti per far si che l'aria libera si posizioni

Soluzioni differenze di densità

1. MDC artificiali: Si usano in radiodiagnostica per evidenziare con i raggi X organi o strutture che di per sé non sarebbero riconoscibili perché di densità analoga a quella degli organi circostanti. Sono sostanze di peso specifico diverso da quello dei tessuti organici che introdotte in spazi, cavità o vasi ne rendono evidente lo stampo. Determinano immagini di relativa radio trasparenza (mezzi di contrasto radio trasparenti o gassosi) o di relativa radio opacità (mezzi di contrasto radio opachi). Il bario viene utilizzato con mezzo di contrasto: non provoca allergie e si riesce a studiare tutto l'intestino Proiezioni clisma opaco:

• Panoramica supino: trasverso morbido, aria verso alto e bario si deposita sul fondo
• Panoramica prono
• Panoramica in ortostatismo: baio verso il basso e aria verso l'alto
• Triclinare SX e DStratigrafia o TC

Documentare solo lo strato desiderato eliminando le strutture circostanti confondenti. La tecnica consiste nel movimento sincrono e opposto di tubo radiogeno e pellicola impressionabile. Tale movimento, permette la cancellazione delle strutture che si trovano al di fuori del centro di rotazione del movimento stesso. ! Presupposto teorico: possibilità di ricostruire un oggetto a partire dalle sue proiezioni ! In TC l'immagine subisce una trasformazione da analogica a digitale, intensità del fascio fotonico che esce da paziente viene trasformato in cifre numeriche, successivamente un algoritmo elaborerà i dati. -> Grado di intensità corrisponderà un certo valore di grigio.

Storia TC

1917 -> signor Radon propone teorema per cui, conosciute tutte le possibili proiezioni, è possibile ricostruire un oggetto 3D 1961 -> Oldenford e Cormack propongono utilizzo elaboratore elettronico per risalire a differenze di densità di oggetti fisici sfruttando energia RX rilevata da detettori a cristalli sensibili 1971 -> Hounsfield realizza il primo prototipo di Tc basandosi su calcoli matriciali (pensato a una matrice), ogni pixel contiene un numero binario e ogni numero binario si assocerà ad un livello di grigio. SIEMENS II SIRETOM Computer Tomogramm Corticale Atraphie Parte densa encefalo: scatola cranica (bianca) Parte molle: ventricoli (pieni di liquido quindi neri) Nella TC un fascio di Rx strettamente collimato (di un certo spessore) attraversa una sezione corporea seguendo una successione di proiezioni e traiettorie diverse Si eseguono tante proiezioni per visualizzare strutture 3d, si colloca il rilevamento di una densità in un Pixel

Più è ricca la matrice di pixel, più sarà maggiore la qualità La base dei vari metodi di ricostruzione è la cosiddetta "back-projection" (retroproiezione) Correggere gli artefatti -> convoluzione lineare 1. Presenza di filtri numerici nel calcolo degli algoritmi per ridurre gli artefatti Legge attenuazione lineare: risultante fascio fotonico uguale a grigio che avrò sull'immagine

Struttura Sistema TC

1. Unità di scansione: gantry (tubo, collimatori, detettori, generatori, lettino paziente)
2. Elaboratore elettronico
3. Unità di visualizzazione
4. Sistemi di archiviazione

Lettino porta pazienti

• Tolleranza di movimento: 0,25mm
• Spostamenti verticali fino a 30 cm da terra
• Spostamento longitudinale da 100 a 170 cm
• Inclinazione di qualche grado lungo asse Z
• Carico critico 150-200 Kg: lettino non da garanzia di andare dentro in maniera uniforme e rischia di rompersi

Gantry

Contenitore in cui si trovano sede le varie componenti dell'unità di scansione. Presenta una apertura circolare dentro la quale scorre il lettino porta pazienti.

• Possibilità di inclinare scatola fino a +/- 30°: scatola a forma di clessidra perché così non da fastidio al paziente
• Apertura fino a 70 cm di diametro,
• Centratore luminoso laser

Componenti del Gantry

1. Tubo Radiogeno
2. Detettori: posizionati a "banana", per riuscire a beccare la maggior parte dei raggi
3. Generatore
4. Collimatori
5. Data acquisition sistem (DAS)
6. Slip-ring

Generatore

Struttura che trasforma corrente elettrica alternata in una corrente continua che serve per produrre radiazioni e serve per far andare tubo radiologico. Girano insieme a tutto il sistema

• Alte potenze: KV (serve per creare DDP)
• Alte tensioni costanti: MA (producono corrente)
• Alta frequenza: 20000 impulsi al secondo
• Dimensioni generatore ridotto e gira insieme a tutto il sistma
• Ampia varietà di mA

Tubo radiogeno

• Elevati parametri di esposizione per lungo periodo di tempo
• Importante per capacità termica e velocità di dispersione del calore
• I e II gen. A emissione continua (provoca una sfumatura causata dal movimento)
• III e IV gen. A emissione pulsata: più possibilità di recupero ai detettori, meno problemi di movimento
• Macchie focali da 0,8 - 2 mm^2

Avvolto in leghe di ceramica e piombo, per far sì che dal tubo esca solo fascio utile Fascio collimato (collimatori che indirizzano in fascio), decido spessore scansione Fascio rx a ventaglio con anodo rotante

Collimatori

Riducono la dose inutile, la sfumatura da radiazione diffusa e predetermina lo spessore dello strato I collimatori sono posti a due livelli:

• Tubo collimators (collimazione primaria): collima lo spessore del fascio di RX all'uscita del tubo radiogeno Definisce spessore del fascio e la collimazione dello strato che considero = quanto è spesso lo strato
• Detettori collimator (collimazione secondaria): collima lo spessore del fascio RX dopo attraversamento del paziente e prima dell'ingresso nel detettore Serve ad eliminare radiazione diffusa

Detettori (recettori)

Strutture che se colpite da radiazioni si eccitano e creano una corrente elettrica misurabile, proporzionale all'intensità dei RX e ne rendono possibile la misurazione. Elettroni si caricano di energia e si allontanano dal nucleo, se impulso cessa tornano a stato di crescenza e rilasciano energia captata poi dai fotodiodi. Trasformano energia dei fotoni attenuati in un unico segnale elettrico (integrazione di corrente)

Segnale elettrico direttamente proporzionale all'energia del fascio che esce dal paziente -> Non è importante il numero di detettori ma la densità per grado irradiato (nelle macchine moderne minore di 20) Struttura detettori:

1. Apertura attiva
2. Spaziatura
3. Efficienza di conversione: alcuni detettori sbagliano di meno a convertire il segnale
4. Efficienza geometrica
5. Stabilità e linearità di risposta:
6. Persistenza dello stato di eccitazione: minor persistenza di eccitazione, perché deve essere pronto a ricevere altri tipi di segnali. Deve scaricarsi in fretta

Prima cristalli fotoscintillatori con tubo fotomoltiplicatore, poi gas Xenon e ora detettori solidi High light Raggi colpiscono superficie riflettente, fotodiodo con lenti a specchio fa passare il segnale

Detettori a stato solido

80% di conversione, meno stabili, maggiore persistenza

COLLIMATORE FOTOMOLTIPLICATORE CRISTALLO DI IODURO DI SODIO -3 -1 +1 PIOMBO RAGGI X * SUPERFICIE RIFLETTENTE -2 0 DIODO FOTOCATODO

Detettori Xenon

45% di conversione, più stabili, minore persistenza

COLLIMATORE CONTATORE PROPORZIONALE 1 Catodo Raggi X .00- Anodo + Gas xenon

Detettori ceramici tipo Ultrafast

Richiedono il 30% di dose in meno rispetto ai detettori allo Xenon in grado di effettuare il campionamento ogni msec. per un totale di 800.000-1.000.000 campionamenti per scansione

Slip-ring

Modo per far passare la corrente attraverso una struttura senza cavo perché per ottenere una scansione continua è necessario abolire il vincolo fisico costituito dai cavi di alimentazione. -> La presenza dei cavi obbligava a fermarsi dopo ogni rotazione e ad effettuare una rotazione in un senso e la successiva nel senso contrario.

Con lo slip-ring è stato possibile ottenere una scansione continua ed è nata la TC spirale / volumetrica

• Maggior velocità di scansione che minimizza gli artefatti da movimento ed accelera grandemente l'acquisizione di un esteso tratto longitudinale
• Continuità di scansione con possibilità di generare immagini assiali a distanza variabile dal volume acquisito senza aggravio dosimetrico per il paziente
• Esecuzione di esami dinamici-funzionali (angioTC)

Acquisisce in maniera a spirale un volume, poi questo volume viene lavorato e diviso a fette. Possibile eseguire Proiezioni di 180° oblique

Data acquisition system

Misura il segnale dei detettori e lo trasmette come segnale analogico -> analog digital converter -> dopo il segnale può essere processato

• Stabilità di funzionamento
• Range dinamico: capacità di integrare segnali di ampiezze differenti Capacità della struttura di capire due segnali tra loro molto vicini Linearità di risposta*
• * Minimizzare rumore termico proprio del circuito

Sistema informatico

Raccoglie i dati del SAD 6 (Data Aquisition System), li integra e li trasforma in un'immagine diagnostica oltre che gestire e modulare l'intero processo: funzionamento tubo, PACS, stampante

Componenti sistema informatico

• Hardware
• Retroprocessore
• multitasking
• CPU
• RAM