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Strumentazione Biomedica 2
Tomografia computerizzata a raggi X - 2
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Sensori a semiconduttore
+ + + ++Silicio drogato (p)
Giunzione p-nSilicio (n)
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Sensori a semicoduttore
+-
+
+
++
- -Movimento degli
elettroni
Movimento virtuale delle
lacune
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Sensori a semiconduttore
- -Regione di
svuotamento+ +
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Sensori a semiconduttore
+ +
- -- -
+ +
10 V10 µm
∆V/∆x=104 [V/cm]
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Sensori a semiconduttore
+ +
- -- -
+ +
10 Vfotone X
+ -
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Sensori a gas ionizzati
∆V
fotone X
++
+--
-
Gas in pressione
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Le quattro generazioni di tomografi
I generazione II generazione
III generazione IV generazione
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La tomografia spirale
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Tomografia spirale multistrato
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Dimensione della sezione
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Matrice di recettori
Si possono avere elementi disposti in
maniera quasi isotropa:1mm x 1.25mm
20 mm
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Recettori di dimensione variabile
Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia
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Recettori di dimensione variabile
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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
PitchPitchxx ==Escursione lettinoEscursione lettino
Larghezza fascioLarghezza fascio
PitchPitchdd = = Escursione lettinoEscursione lettino
Larghezza detettoreLarghezza detettore
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Tomografia Cardiaca
NelleNelle acquisizioniacquisizioni cardio TC cardio TC esistonoesistono attualmenteattualmentedue due differentidifferenti approcciapprocci::
ECG Axial Prospective GatingECG Axial Prospective GatingLe Le acquisizioniacquisizioni vengonovengono effettuateeffettuate in in assialeassiale in in sincroniasincronia con con ilil segnalesegnale ECG ECG del del pazientepaziente
ECG Spiral Retrospective TaggingECG Spiral Retrospective TaggingVieneViene eseguitaeseguita unauna acquisizioneacquisizioneIn In spiralespirale registrandoregistrando contemporaneamentecontemporaneamenteilil segnalesegnale ECG. I ECG. I datidati vengonovengono poi poi ricostruitiricostruiti in in modomodosincronosincrono al al segnalesegnale registratoregistrato
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Modulazione della corrente
Segnale ECG
Corrente del tubo radiogeno
Finestra diacquisizione
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ECG gating: ricostruzione retrospettiva
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ECG gating: ricostruzione prospettiva
16x1.5 mm
Z
Time
210 [email protected] rotation
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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
T
D(z)
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
dzzDT
MSAD0
)(1
Z axis
D(z)Dose media:
MSAD
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CT Dose Index
∫−
=T
T
dzzDT
CTDI7
7
)(1
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:
superficiecentro 31
32 CTDICTDICTDI +=
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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 lettinoDose nominale
Velocità del lettino X2Dose 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
100%
A B A B A
75%
50%
25%
mA (rel)
AA
BB
Attenuazioneaumentata
Attenuazioneaumentata
Attenuazioneridotta
Attenuazioneridotta
La corrente viene variata in base La corrente viene variata in base allall’’attenuazione della rotazione attenuazione della rotazione precedente in modo da avere un precedente in modo da avere un segnale costante sui detettorisegnale costante sui detettori
La corrente cambia in tempo reale La corrente cambia in tempo reale in base al distretto anatomicoin base al distretto anatomico
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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 spettrocon una frazione incrementata di raggi energetici.
Caso monocromatico
Caso policromatico
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Artefatti: beam hardening
Soluzioni:pre-elaborazione
post-elaborazione
acquisizione multispettro
Caso ideale
Caso reale(sperimentale)
Mis
ure
di µ
Spessore di un mezzo omogeneo
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Artefatti: effetto di volume parziale
Grosse sezioni tomografiche
Strutture ad alto contrastoparzialmente incluse
Sorgente di dimensionefinita
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=90o
Time varying phantom
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Artefatti: effetto cono
Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare
Sezione ellittica simile al ‘volume averaging’
• Spirale• Interpolazione
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Artefatti: effetto cilindro
Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha una sezione ellittica.
• Spirale• Interpolazione
• Distorsione• Shift di attenuazione
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Il rumore: elettronica
• Amplificatori• Convertitori analogico/digitale
GaussianoMedia 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 diminuiscecon N