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APPARECCHIATURE Cenni storici Cenni storici Struttura di un sistema TC Struttura di un sistema TCGantryLettinoGeneratore Tubo radiogeno Sistema di collimazione.

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Presentazione sul tema: "APPARECCHIATURE Cenni storici Cenni storici Struttura di un sistema TC Struttura di un sistema TCGantryLettinoGeneratore Tubo radiogeno Sistema di collimazione."— Transcript della presentazione:

1 APPARECCHIATURE Cenni storici Cenni storici Struttura di un sistema TC Struttura di un sistema TCGantryLettinoGeneratore Tubo radiogeno Sistema di collimazione Sistema di collimazione Sistema di rilevamento Sistema di rilevamentoDetettori Sistema di acquisizione dei dati Sistema di acquisizione dei dati Sistema informatico Sistema informatico

2 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Limmagine radiologica tradizionale è il risultato della trasformazione di una realtà tridimensionale in bidimensionale

3 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA In radiologia convenzionale si ha la facile discriminazione di strutture ad elevata differenza di densità, mentre difficile risulta il riconoscimento di tessuti con densità tra di loro simili In radiologia convenzionale si ha la facile discriminazione di strutture ad elevata differenza di densità, mentre difficile risulta il riconoscimento di tessuti con densità tra di loro simili

4 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA La maggior parte dei tessuti che costituiscono i parenchimi hanno densità tra loro similiSOLUZIONI?

5 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Esaltazione delle differenze di densità Mezzi di contrasto Mezzi di contrasto Stratigrafia Stratigrafia

6 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Immagine priva di sovrapposizioni Immagine priva di sovrapposizioni Diversa da stratigrafia che ha ombre di sovrapposizione Diversa da stratigrafia che ha ombre di sovrapposizione

7 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Limmagine tradizionale è unimmagine analogica PELLICOLA CRISTALLI DI SALI DI Ag CRISTALLI DI SALI DI Ag REAZIONE CHIMICA REAZIONE CHIMICA IMMAGINE IMMAGINE

8 Possibilità di ricostruire la forma di un oggetto a partire dalle sue proiezioni Presupposto teorico

9 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA In TC limmagine subisce una trasformazione da analogica in digitale REAZIONE ATTENUATA CIFRE NUMERICHE

10 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA CONVERTITORE ANALOGICO-DIGITALE ELABORATORE PER SOFISTICATI CALCOLI ALGORITMI

11 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Già nei lavori di Fourier del 1895 è contenuto un esempio di trasformazione analogico- digitale. La trasformata di Fourier è tuttoggi utilizzata in tutti i sistemi digitali di rappresentazione dellimmagine come TC, US o RM

12 1917 – Un matematico austriaco di nome Radon proponeva il teorema per cui, conosciute tutte le sue possibili proiezioni, è possibile ricostruire un oggetto tridimensionale

13 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Oldenford (1961) e Colmark (1963)proposero lutilizzo dellelaboratore elettronico al fine di risalire a differenze di densità di oggetti fisici sfruttando lenergia dei raggi X rilevata da detettori a cristalli sensibili in luogo della tradizionale lastra fotografica

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15 1971 – Hounsfield realizza il primo prototipo di TC basandosi sul calcolo matriciale

16 Ambrose, 1973

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18 Nella TC un fascio di raggi X strettamente collimato attraversa una sezione corporea seguendo in successione numerose traiettorie diverse

19 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Proiezione di 2 Proiezione di 1 Proiezione di 4 Proiezione di 3

20 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZARTA Numerose proiezioni per ottenere il prodotto del rilevamento di una densità da collocare in un piccolo elemento detto PIXEL MATRICI (80 X X X X 1024)

21 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZARTA La base dei vari metodi di ricostruzione è la cosiddetta back-projection (retroproiezione ) Metodo iterativo per correggere gli artefatti sostituito oggi dalla convoluzione lineare

22 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Presenza di filtri numerici nel calcolo degli algoritmi per ridurre gli artefatti TRASFORMATA DI FOURIER RETROPROIEZIONE LEGGE DELLATTENUAZIONE LINEARE

23 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZARTA STRUTTURA DI UN SISTEMA TC UNITA DI SCANSIONE=gantry (tubo, collimatori, detettori, ADC, generatore, lettino Pz UNITA DI SCANSIONE=gantry (tubo, collimatori, detettori, ADC, generatore, lettino Pz ELABORATORE ELETTRONICO ELABORATORE ELETTRONICO UNITA DI VISUALIZZAZIONE UNITA DI VISUALIZZAZIONE SISTEMI DI ARCHIVIAZIONE SISTEMI DI ARCHIVIAZIONE

24 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Tubo RX Unità di scansione Detettori ConvertitoreAnalogico/digitaleElaboratoreelettronico Archiviazione Monitor di visualizzazione Sistemi di stampa dellimmagine

25 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA LETTINO PORTAPAZIENTI Precisione di movimento con tolleranza di 0,25 mm Precisione di movimento con tolleranza di 0,25 mm Spostamenti verticali fino a 30 cm. dal pavimento Spostamenti verticali fino a 30 cm. dal pavimento Spostamento longitudinale da 100 a 170 cm. Spostamento longitudinale da 100 a 170 cm. Inclinazione di qualche grado lungo lasse Z Inclinazione di qualche grado lungo lasse Z Carico critico Kg Carico critico Kg

26 GANTRY Contenitore rettangolare in cui trovano sede le varie componenti dellunità di scansione. Presenta un apertura circolare dentro la quale scorre il lettino porta pazienti.

27 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA GANTRY Dimensioni Angolazione Apertura fino a + 30° fino a cm di diametro Centratore luminoso ad incandescenza o laser Centratore luminoso ad incandescenza o laser 100 cm. con forte svasatura conica

28 GANTRY Apertura fino a 70 cm

29 Tilt Gantry fino a +/- 30°

30 Cosa cè nel gantry Componenti della TC Apertura Tubo Raggi X Detettori

31 Cosa cè nel Gantry: - Generatore - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System (DAS) - Slip-Ring

32 Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring GENERATORE Alta frequenza ( Alta frequenza (20000 impulsi/sec controllo digitale) impulsi/sec controllo digitale) - Dimensioni ridotte - Alte potenze (60 KW) - Alte tensioni (140 KV), costanti costanti - Ampia varietà di mA

33 TUBO RADIOGENO Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring

34 System TUBO RADIOGENO Elevati parametri di esposizione per lungo periodo di tempo Molto importante la capacità termica espressa In Million Heat Units (MHU) e la velocità di dispersione del calore (HU/minuto e la velocità di dispersione del calore (HU/minuto ) Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring

35 TUBO RADIOGENO Produce il fascio di raggi X che viene collimato e conformato a ventaglio

36 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA TUBO RADIOGENO Fascio Rx a pennello con anodo fisso (I Gen.) - a ventaglio fino a 50° con anodo rotante (oggi) Fascio Rx a pennello con anodo fisso (I Gen.) - a ventaglio fino a 50° con anodo rotante (oggi) Elevata capacità termica (5 MHU) Elevata capacità termica (5 MHU) Elevata capacità di dissipazione (0,9 MHU/minuto) Elevata capacità di dissipazione (0,9 MHU/minuto) I e II Gen. Emissione continua (sfumatura da movimento) I e II Gen. Emissione continua (sfumatura da movimento) III e IV Gen. Emissione pulsata III e IV Gen. Emissione pulsata Macchie focali da 0,8 a 2 mm Macchie focali da 0,8 a 2 mm 2

37 COLLIMATORI Collimatori posti a due livelli : - Tube Collimators - Detectors Collimators La collimazione: - riduce la dose inutile - riduce la dose inutile - riduce sfumatura da radiazione diffusa - riduce sfumatura da radiazione diffusa - predetermina lo spessore di strato - predetermina lo spessore di strato Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring

38 Cosa cè nel Gantry Cosa cè nel Gantry : COLLIMATORI

39 Cosa cè nel Gantry: COLLIMAZIONE PRIMARIA Tube Collimators (Source Collimators) - Collima lo spessore del fascio di raggi X alluscita dal tubo radiogeno - Determina lo spessore del fascio e pertanto la collimazione di strato (slice collimation)

40 Cosa cè nel Gantry: COLLIMAZIONE SECONDARIA Detector Collimators Collima lo spessore del fascio di raggi X dopo lattraversamento del paziente e prima dellingresso nel detettore - Collima lo spessore del fascio di raggi X dopo lattraversamento del paziente e prima dellingresso nel detettore - E una regolazione più fine

41 DETETTORI Creano una corrente elettrica misurabile, proporzionale allintensità dei raggi X - Creano una corrente elettrica misurabile, proporzionale allintensità dei raggi X - Rendono possibile la misurazione del fascio di raggi X Trasformano lenergia dei fotoni attenuati in un unico segnale elettrico (integrazione di corrente) Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring

42 Cosa cè nel Gantry: DETETTORI Incremento del n° nellevoluzione del sistema n° 1 in I generazione n° 1 in I generazione n° 900 in III generazione n° 900 in III generazione n° 5000 in IV generazione n° 5000 in IV generazione Più che il numero è importante la densità per grado irradiato (nelle macchine moderne di poco inferiore a 20)

43 Cosa cè nel Gantry: DETETTORI Apertura attiva Apertura attiva Spaziatura Spaziatura Efficienza di conversione Efficienza di conversione Efficienza geometrica (Aa/Aa + S %) Efficienza geometrica (Aa/Aa + S %) Stabilità e linearità di risposta Stabilità e linearità di risposta Persistenza dello stato di eccitazione Persistenza dello stato di eccitazione

44 Cosa cè nel Gantry: DETETTORI Tempo Cristalli fotoscintillatori con tubo fotomoltiplicatore Gas Xenon Detettori solidi High light

45 Cosa cè nel Gantry: DETETTORI

46 DETETTORI – STATO SOLIDO Cosa cè nel Gantry: 70-80% di conversione, meno stabili, maggiore persistenza

47 Cosa cè nel Gantry: DETETTORI - XENON 45% di conversione, più stabili, minor persistenza

48 DETETTORI Cosa cè nel Gantry: 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 campionamenti per scansione

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50 DETETTORI

51 DATA ACQUISITION SYSTEM Misura il segnale dei detettori e lo trasmette come segnale analogico Analog to Digital Converter Il segnale digitale può essere processato Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring

52 DATA ACQUISITION SYSTEM Stabilità di funzionamento Stabilità di funzionamento Linearità di risposta Linearità di risposta Range dinamico (capacità di integrare segnali di Range dinamico (capacità di integrare segnali di ampiezza differente) ampiezza differente) Per minimizzare il rumore termico proprio del circuito : 1 in TC 1000 : 1 videocamere

53 SISTEMA INFORMATICO Raccoglie i dati dal SAD, li integra e li trasforma in unimmagine diagnostica oltre che gestire e modulare lintero processo, dal funzionamento del tubo allordine di out-put alla stampante

54 SISTEMA INFORMATICO HardwareRetroprocessore Array processor Central process unit Multitasking Random access memory Hard Disk Esecuzione da 5 a 10 milioni di operazioni al secondo con capacità di memoria superiori a 3000 MB

55 Le diverse generazioni TC

56 1 a Generazione Un unico fascio di raggi X a pennello incide su un singolo detettore. Dopo un movimento di traslazione lintero sistema ruota di 1°-2° per 180 volte in un tempo di 8-10 min, con matrici di 80 x 80 o 160 x 160 pixel

57 2 a Generazione Un unico fascio di raggi X a ventaglio di 20-30° incide su 8-30 detettori. Dopo un movimento di traslazione lintero sistema ruota di 10-30° alla volta in un tempo di sec

58 3 a Generazione Incremento dellangolo di divergenza del fascio (35-40°) e del numero di detettori ( ), rotazione del tubo e dei detettori ( °). Tempi di scansione fino a sec. con matrici da 256 x 256 – 512 x 512

59 4 a Generazione Corona completa di detettori , con rotazione del solo tubo

60 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Problemi da risolvere Eseguire scansioni fortemente ravvicinate nel tempo Eseguire scansioni fortemente ravvicinate nel tempo Cogliere in fase sincrona un fenomeno fisiologico Cogliere in fase sincrona un fenomeno fisiologico Assicurarsi scansioni anatomicamente contigue Assicurarsi scansioni anatomicamente contigue Ridurre i tempi di scansione Ridurre i tempi di scansione Ridurre gli artefatti da movimento Ridurre gli artefatti da movimento

61 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA Soluzione Consiste nellottenere una scansione continua Annullare la necessità di arresti del movimento del tubo tra una scansione e la successiva, facendolo ruotare continuamente in un senso Abolire il vincolo fisico costituito dai cavi di alimentazione

62 SLIP-RING Componenti della TC Cosa cè nel Gantry: - Generatore Tubo Radiogeno - Tubo Radiogeno - Collimatori - Detettori - Data Acquisition System - Slip-Ring

63 Tecnologia Slip-Ring Per ottenere una scansione continua è necessario abolire il vincolo fisico costituito dai cavi di alimentazione Componenti della TC Cosa cè nel Gantry:

64 Slip-Ring - Dispositivi elettromeccanici che consentono di eliminare i lunghi cavi ad alta tensione che sono presenti nelle prime TC. - La presenza dei cavi obbligava a fermarsi dopo ogni rotazione e ad effettuare una rotazione in un senso e la successiva nel senso contrario. Cosa cè nel Gantry:

65 Tecnologia Slip-Ring Componenti della TC Cosa cè nel Gantry:

66 Contatti striscianti

67 Camere stagne con gas inerte o olii dielettrici Camere stagne con gas inerte o olii dielettrici Progressiva elevazione del voltaggio, trasferendo corrente a media differenza di potenziale attraverso lanello di contatto ed elevandola con un generatore posto nella porzione ruotante Progressiva elevazione del voltaggio, trasferendo corrente a media differenza di potenziale attraverso lanello di contatto ed elevandola con un generatore posto nella porzione ruotante Utilizzo di un basso voltaggio a livello dei contatti striscianti ed elevazione della differenza di potenziale completamente allinterno del gantry mignaturizando il generatore Utilizzo di un basso voltaggio a livello dei contatti striscianti ed elevazione della differenza di potenziale completamente allinterno del gantry mignaturizando il generatore

68 Cosa cè nel Gantry:

69 TC SPIRALE TC CONVENZIONALE TC SPIRALE

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71 TC Spirale o Volumetrica

72 TC MULTI-SLICE

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74 MPR coronale

75 Volume Rendering delladdome con diversi livelli di valore di soglia

76 Volum Rendering con diversi valori di soglia

77 Endoscopia virtuale: carena bronchiale (a) bronchi lobari medio ed inferiore (b) ab

78 3D SSD (a) e volume rendering endoscopico (b) dellaorta addominale ab


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