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Leonardo Pace » 3.Principi di Tomografia Computerizzata


Tomografia computerizzata

  • Storia della tomografia computerizzata
  • Principi tecnici
  • Cenni sulle immagini digitali
  • Modalità di esecuzione degli esami
  • La scala Hounsfield
  • L’evoluzione delle apparecchiature
  • Tc Spirale
  • Tc Spirale Multislice

È una tecnica non invasiva che fornisce una serie di immagini assiali del corpo distinguendo i vari organi e tessuti in base alla loro DENSITÀ grazie ad un fascio di radiazioni X che attraversa il corpo da differenti punti di vista.

Storia

  • 1960: Oldendorf, Kuhl e Edwards: applicazioni medicina nucleare
  • 1963: Cormack: applicazioni medicina nucleare
  • 1967: Hounsfield: applicazione della tecnica di ricostruzione per produrre il primo scanner TC per il cervello
Hounsfield

Hounsfield


Tipi di Tomografia


Tomografia

Svantaggi della radiologia tradizionale

  • Sovrapposizione delle strutture specialmente se di densità simile (differenza di densità necessaria per distinguere due strutture: 5%)
  • Indagine qualitativa più che quantitativa (difficoltà per riconoscere un oggetto omogeneo di spessore non uniforme da un oggetto disomogeneo ma di spessore uniforme!)

Vantaggi della tomografia computerizzata

  • L’utilizzo di un fascio collimato fornisce un segnale quasi privo di radiazioni diffuse
  • I detettori risentono del rumore meno dei tradizionali sistemi schermo-pellicola
  • Le immagini assiali sono libere da sovrapposizioni
  • Elevata sensibilità di contrasto: sono riconoscibili strutture con differenza di densità dello 0.5%!

Tomografia computerizzata: attrezzatura

È costituita da:

  • “Gantry” che contiene la sorgente delle radiazioni (tubo radiogeno) ed il sistema di rilevazione (detettori)
  • consolle in cui si impostano i parametri
  • computer che analizza i dati e ricostruisce le immagini
  • sistema di visualizzazione

Il gantry è composto da:

  • tubo radiogeno
  • collimatori
  • detettori
  • sistemi di raffreddamento
  • tavolo portapaziente

I detettori si trovano in posizione contrapposta al tubo radiogeno.

I detettori sono in grado di trasformare le radiazioni X in energia elettrica, che può essere facilmente quantizzata.

Tomografia computerizzata
Tomografia computerizzata
Tomografia computerizzata

Tomografia computerizzata

Viene rappresentata una sottile sezione trasversale del corpo ottenuta mediante la rotazione attorno ad esso di un fascio di raggi x.
Le radiazioni trasmesse vengono misurate da un sistema di rilevazione (detettori) ad ogni grado di rotazione in modo da ottenere una serie di profili di attenuazione di raggi x del soggetto esaminato a differenti angoli.

I dati delle varie “viste” vengono inviati ad un calcolatore elettronico che è in grado, attraverso processi matematici complessi, di ricostruire il corpo in esame.
Nelle immagini risultanti i vari organi sono rappresentati in scala di grigio, corrispondente alla loro densità relativa.


Esecuzione esame

  1. Posizionamento paziente
  2. Centraggio con fasci luminosi
  3. Esecuzione topogramma
  4. Impostazione parametri scansione
  5. Scansione
  6. Stampa ed archiviazione esame

Tomografia computerizzata

Parametri di scansione

  • Spessore della fetta
  • Avanzamento del tavolo
  • Energia del fascio (mAs, Kv)

Tipi di scansioni:

  • Normali
  • Dinamiche
  • Volumetriche/Spirali

Immagini digitali:

  • le immagini sono formate da punti detti Pixel
  • il numero di pixel da cui è formata l’immagine è detto matrice
  • le dimensioni di matrice più usate sono: 320×320, 512×512, 1024×1024

Tomografia computerizzata

A ciascun pixel viene assegnato un valore numerico che è in rapporto al coefficiente di attenuazione lineare della corrispondente porzione di tessuto in esame. Poiché ogni fetta ha uno spessore, ad ogni pixel corrisponde un volume di tessuto, detto voxel.

A ciascun pixel viene assegnato un valore numerico detto numero TC o unità Hounsfield. Tale valore rappresenta l’attenuazione MEDIA del corrispondente volume di tessuto esaminato (voxel).

Tomografia computerizzata

Tomografia computerizzata


Scala Housfield

  • L’acqua ha sempre valore 0
  • L’aria è sempre –1000
  • Strutture con densità intermedie tra l’acqua e l’aria avranno valori negativi
  • Strutture con densità maggiore dell’acqua avranno valori positivi

Ampiezza della finestra: range di rappresentazione dei grigi. I livelli al di sopra ed al di sotto dei limiti della finestra corrisponderanno al bianco ed al nero. I livelli intermedi verranno distribuiti in maniera lineare all’interno della finestra.

Centro della finestra: sposta il livello intermedio di grigio utilizzato sulla densità che vogliamo studiare.

Scala Housfield
Valori di attenuazione di alcuni organi e tessuti normali
Finestra Mediastino
Finestra Parenchima

Tomografia computerizzata

Effetto volume parziale
Imprecisione dei numeri TC quando nel voxel sono presenti strutture a densità differente, delle quali viene rappresentata una media.

Effetto volume parziale

Effetto volume parziale


Tomografia computerizzata

Geometria del sistema tubo-detettori
L’evoluzione tecnologica delle apparecchiature TC ha portato ad una loro classificazione in generazioni, ciascuna delle quali è caratterizzata da una diversa geometria del complesso tubo-detettori.

TC I generazione

Il fascio radiante è costituito da un pennello di raggi x; è solidale con il rilevatore e si muove perpendicolarmente allo strato in esame (traslazione). Il sistema ruota intorno al paziente e la traslazione viene ripetuta ogni grado fino a 180 gradi.
I tempi di scansione erano di 3-5 minuti per strato.

Tumore rene sinistro (t) con metastasi linfonodali (m)

Tumore rene sinistro (t) con metastasi linfonodali (m)

TC I generazione

TC I generazione


TC II generazione

Il fascio radiante è costituito da un ventaglio di ampiezza variabile da 3 a 20 gradi che colpisce un sistema di 3-30 rilevatori. L’ acquisizione avviene mediante successivi movimenti di traslazione e rotazione, con passi angolari di 3-20 gradi, accorciando il tempo per singola scansione a 15-30 secondi.

TC II generazione

TC II generazione


TC III generazione

  • Il fascio radiogeno è costituito da un’ ampio ventaglio (35-50 gradi)
  • I detettori sono 300-800, disposti ad arco di cerchio, opposti al tubo, con il quale sono solidali
  • La rotazione è di 180-360 gradi
  • Il tempo di scansione può essere ridotto ad 1 sec circa
TC Spirale

TC Spirale


TC III generazione, Spirale

Il principio tecnico è lo stesso.
In questo caso però il tubo e i detettori, solidali tra loro, possono ruotare all’infinito attorno ad un asse centrale (paziente), grazie ad un sistema di contatti a slitta.
Il lettino con il paziente avanza mentre il tubo ed i detettori ruotano: il fascio radiogeno forma una spirale attorno al paziente.
Il tempo di una singola rotazione può essere inferiore al secondo (0,5 sec).

  • Viene acquisito un VOLUME
  • Si riducono gli artefatti da movimento
  • È possibile ricostruire le immagini da una singola acquisizione con parametri diversi
  • Riduzione del tempo di esame; si elimina il tempo di attesa tra scansioni successive con aumento dell’efficenza

TC Spirale Multislice

Un’apparecchiatura TC Multislice, si basa sullo stesso principio della TC spirale, solo che ad ogni giro del sistema tubo detettori, vengono acquisite più fette contemporaneamente.

Caratteristiche:

  • tempo di scansione: inferiore al secondo (fino a 0,5 sec)
  • numero di fette per rotazione: 4 o 16
  • possibilità di multiple ricostruzione sulla base dei dati acquisiti

Vantaggi:

  1. velocità
  2. aumento della risoluzione assiale
  3. migliore gestione del mdc ev
  4. qualità delle ricostruzioni più elevata
Detettori Multi Slice

Detettori Multi Slice

Detettori Multi Slice

Detettori Multi Slice


Principi tecnici

Vantaggi TC-MS

Velocità/volume:

  • aumento della risoluzione temporale
  • aumento della risoluzione spaziale sull’asse Z con dati isotropici
  • aumento della concentrazione di contrasto nel lume vascolare
  • diminuzione del rumore (per la possibilità di aumentare la dose)
  • diminuzione degli artefatti nelle immagini
  • maggiore efficienza nello sfruttamento del tubo radiogeno

La velocità può essere sfruttata per coprire un volume maggiore o per coprire lo stesso volume con fette più sottili.

Velocità di Scansione
Velocità di Scansione
Velocità di Scansione
Velocità di Scansione
Velocità di Scansione

Tomografia computerizzata

IV generazione

Un grande numero di detettori (600-1200) è disposto lungo una completa corona circolare intorno al paziente. Il fascio a ventaglio ruota mentre i detettori rimangono fissi.
Tempi di scansione ridotti.
Costo più elevato.

TC IV generazione

TC IV generazione


TC ultraveloce (Electron Beam TC)

Non contiene parti mobili; il fascio elettronico viene focalizzato su 4 anodi fissi semicircolari. I raggi x così prodotti vengono rilevati da 2 corone di detettori.
Il tempo di scansione è dell’ ordine di 50-100 msec.


Approfondimento

Conclusioni

Gli elementi basilari del ragionamento e questioni su cui riflettere:

  • principi di tomografia: apparecchiature e ricostruzione immagini
  • le scale e le finestre
  • le varie generazioni di tomografi
  • la TC spirale e Multidetettore

Prossima lezione

Si parlerà di:

  • Tecniche di Tomografia Computerizzata

I materiali di supporto della lezione

Approfondimento Lezione 3

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