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Giovanni Mettivier » 21.Computed Tomography - parte terza


CT numbers e Hounsfield Numbers

Il CT number in ogni pixel, (x,y), dell’immagine è: (vedi figura).

I CT numbers variano da circa –1,000 a +3,000 dove –1,000 corrisponde all’aria, il tessuto molle varia da –300 a –100, l’acqua è 0, l’osso e gli agenti di contrasto arrivano a +3,000.

CT numbers e Hounsfield Numbers.

CT numbers e Hounsfield Numbers.


CT numbers

Scala dei CT numbers. Tratta da: Kalender, Willi A., Computed Tomography, Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications, 2nd revised and enlarged edition, 2005, Publicis Publishing, pag. 31, Fig. 1.9

Scala dei CT numbers. Tratta da: Kalender, Willi A., Computed Tomography, Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications, 2nd revised and enlarged edition, 2005, Publicis Publishing, pag. 31, Fig. 1.9


Visualizzazione

Diversa visualizzazione di una stessa immagine utilizzando diversi valori del window e level. Tratta da: Kalender, Willi A., Computed Tomography, Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications, 2nd revised and enlarged edition, 2005, Publicis Publishing, pag. 32, Fig. 1.10

Diversa visualizzazione di una stessa immagine utilizzando diversi valori del window e level. Tratta da: Kalender, Willi A., Computed Tomography, Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications, 2nd revised and enlarged edition, 2005, Publicis Publishing, pag. 32, Fig. 1.10


Calibrazione

I dati di calibrazione sono determinati da scansioni in aria o acqua (effettuate periodicamente dai tecnologi o dal servizio di fisica sanitaria). Questi dati sono usati per la correzione del guadagno elettronico dei rivelatori e le variazioni in efficienza dovute alle variazioni geometriche.

Qualità dell’immagine

Comparata con la radiografia, la CT ha una risoluzione spaziale significativamente peggiore ma una risoluzione in contrasto significativamente migliore.
La risoluzione spaziale limite per una radiografia con lastra+schermo è circa 7 lp/mm mentre per la CT abbiamo 1 lp/mm.
La risoluzione in contrasto in radiografia è circa il 5% mentre per la CT è circa il 0.5%.

Qualità dell’immagine (segue)

La risoluzione in contrasto è legata all’SNR, che è legato al numero di “quanta” per pixel usati per la formazione dell’immagine.

Essite una relazione ben definita tra SNR, le dimensioni del pixel (Δ), lo spessore della slice (T) e la dose (D).

Relazione tra SNR, le dimensioni del pixel (Δ), lo spessore della slice (T) e la dose (D).

Relazione tra SNR, le dimensioni del pixel (Δ), lo spessore della slice (T) e la dose (D).


Risoluzione spaziale

La risoluzione spaziale dipende da:

  • Detector pitch (distanza centro-centro)
  • Detector aperture (spessore dell’elemento attivo)
    • L’uso di rivelatori più piccoli migliora la risoluzione spaziale.
  • Numero di viste
    • Poche viste comportano il fenomeno dell’aliasing, specialmente verso la perifieria.
  • Numero di raggi
  • Le dimensioni della macchia focale
    • Macchie focali grandi possono causare imprecisione geometra e ridurre la risoluzione spaziale.
  • Ingrandimento
    • Un maggiore ingrandimento amplifica il blurring della macchia focale.
  • Spessore della slice
    • Slice spesse riducono la risoluzione spazile lungo l’asse cranio-caudale e quello transassiale.

Raggi e Viste

Il numero di raggi influisce sulla componente radiale della risoluzione spaziale; il numero di viste influisce sulla componente angolare della risoluzione.

Numero di raggi

Le immagini CT di un oggetto simulato ricostruito con un numero differente si raggi mostra che riducendo il numero di raggi diminuisce la risoluzione ed aumenta il blurring.

Immagini ricostruite con un diverso numero di raggi.

Immagini ricostruite con un diverso numero di raggi.


Numero di viste

Le immagini CT di un oggetto simulato ricostruite con un differente numero di viste mostrano l’effetto di view aliasing.
I bordi netti (alte frequenze spaziali) producono artefatti radiali che diventano più apparenti alla periferia dell’immagine.

Immagini ricostruite con un diverso numero di viste.

Immagini ricostruite con un diverso numero di viste.


Problemi in CT

Nell’imaging tomografico sono presenti le seguenti cause di artefatti nelle immagini:

  • Scattering;
  • Ring Artifacts;
  • Beam Hardening;
  • Motio Artifatct;
  • Partial Volume artifact.

Scattering

Lo scatter aggiunge ai fotoni primari dei fotoni secondari non provenienti dalla sorgente che comportano dei falsi conteggi nelle proiezioni e quindi una errata ricostruzione.
Maggiore è l’area del detector utilizzato maggiore sarà il contributo dello scatter nell’immaging.

Scattering.

Scattering.


Ring Artifacts

La presenza di un pixel non funzionante o non ben calibrato nel rivelatore comporta, in fase di ricostruzione, la presenza di un anello nell’immagine ricostruita.

Esempio di ring artifacts.

Esempio di ring artifacts.


Beam Hardening

Come tutti i fasci X di tipo medico, anche la CT usa uno spettro X policromatico.
I coefficienti di attenuazioni sono dipendenti dall’energia. Dopo essere passati attraverso un dato spessore del paziente i raggi X di bassa energia sono attenuati molto di più di quelli ad alta energia.
Lo spettro di uscita quindi si deformerà verso una energia media maggiore.
Si dice che il fascio si indurisce.

Siccome l’attenuazione dell’osso è maggiore di quella dei tessuti molli, l’osso causerà un maggior indurimento di tessuti dello stesso spessore.

Beam Hardening (segue)

Fenomeno del beam hardening nell’attraversamento di diversi spessori di tessuto.

Fenomeno del beam hardening nell'attraversamento di diversi spessori di tessuto.


Beam Hardening (segue)

Il fenomeno del beam-hardening introduce artefatti nella ricostruzione tomografica siccome i raggi di alcune proiezioni sono più induriti rispetto ad altri, confondento l’algoritmo di ricostruzione.
Molti scanner includono un semplice algoritmo di correzione del beam-hardening, basato sull’attenuazione relativa di ogni raggio.
Algoritmi più sofisticati determinano la lunghezza del cammino di ogni raggio attraverso l’osso e il tessuto.

Motion artifacts

I Motion artifacts sono causati dal movimento del paziente durante l’acquisizione.
Piccoli movimenti causano blurring nell’immagine.
Grossi spostamenti producono artefatti che appaiono con immagini doppie o image ghosting.

Effetto Volume Parziale

Alcuni voxel nell’immagine contengono una mistura di differenti tipi di tessuto
Quando questo avviene, il _ non è rappresentativo di un singolo tessuto ma è la media pesata dei differenti μ.

Effetto Volume Parziale.

Effetto Volume Parziale.


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