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DIGITALIZZAZIONE DELLE IMMAGINI. Dalla scoperta dei raggi x agli inizi degli anni 70 il radiogramma è stato ottenuto sfruttando le qualità di materiali.

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1 DIGITALIZZAZIONE DELLE IMMAGINI

2 Dalla scoperta dei raggi x agli inizi degli anni 70 il radiogramma è stato ottenuto sfruttando le qualità di materiali fotosensibili per evidenziare un immagine latente.Dalla scoperta dei raggi x agli inizi degli anni 70 il radiogramma è stato ottenuto sfruttando le qualità di materiali fotosensibili per evidenziare un immagine latente. Con lavvento del computer nasce la TC e lera digitaleCon lavvento del computer nasce la TC e lera digitale Digitalizzazione delle Immagini

3 Lingresso del computer ha consentito un vero e proprio cambiamento di paradigmaLingresso del computer ha consentito un vero e proprio cambiamento di paradigma Limmagine digitale rappresenta il passaggio da una lettura sintetico- bidimensionale ad una tridimensionale dei volumi corporei.Limmagine digitale rappresenta il passaggio da una lettura sintetico- bidimensionale ad una tridimensionale dei volumi corporei. Si aprono orizzonti nuovi e vastissimi sia nelle possibilità rappresentative che in quelle diagnostiche.Si aprono orizzonti nuovi e vastissimi sia nelle possibilità rappresentative che in quelle diagnostiche.

4 Nel 600 Galileo affermò che la natura non compie salti sostenendo che tutti i fenomeni fisici hanno un andamento continuo.Nel 600 Galileo affermò che la natura non compie salti sostenendo che tutti i fenomeni fisici hanno un andamento continuo. Quando una variabile può assumere un qualunque valore in un intervallo di valori infinitamente vicini tra loro viene detta analogicaQuando una variabile può assumere un qualunque valore in un intervallo di valori infinitamente vicini tra loro viene detta analogica 0 – 0.1 – 0.11 – 0.111

5 Altre grandezze possono variare in un insieme di valori che differiscono gli uni dagli altri di una quantità finita.Altre grandezze possono variare in un insieme di valori che differiscono gli uni dagli altri di una quantità finita. Le grandezze di questa seconda categoria sono definite discrete:Le grandezze di questa seconda categoria sono definite discrete: 1, 2, 3, 4, 5…

6 Il termine digitale viene impiegato per indicare grandezze espresse in forma numerica, cioè variabili di tipo discreto, che possono essere trattate da un computer.Il termine digitale viene impiegato per indicare grandezze espresse in forma numerica, cioè variabili di tipo discreto, che possono essere trattate da un computer. Nella trasformazione analogico-digitale si perde una parte delle informazioni.Nella trasformazione analogico-digitale si perde una parte delle informazioni.

7 Ciò avviene poiché unillimitata parte di valori viene classificata in numero limitato di livelli discreti.Ciò avviene poiché unillimitata parte di valori viene classificata in numero limitato di livelli discreti. AnalogicoDigitale

8 Unimmagine digitale è rappresentata da una matrice di numeri binari ciascuno corrispondente al valore di assorbimento del fascio in un punto determinato delle strutture in esameUnimmagine digitale è rappresentata da una matrice di numeri binari ciascuno corrispondente al valore di assorbimento del fascio in un punto determinato delle strutture in esame Tali valori numerici sono corrispondenti ad un quadrato, che a sua volta rappresenta lelemento più piccolo in cui viene scomposta limmagine bidimensionaleTali valori numerici sono corrispondenti ad un quadrato, che a sua volta rappresenta lelemento più piccolo in cui viene scomposta limmagine bidimensionale

9 Tale unità viene definita pixel, mentre linsieme bidimensionale in cui viene scomposta unimmagine prende il nome di matrice.Tale unità viene definita pixel, mentre linsieme bidimensionale in cui viene scomposta unimmagine prende il nome di matrice. Più è piccolo un pixel maggiore è laccuratezza spaziale del sistema.Più è piccolo un pixel maggiore è laccuratezza spaziale del sistema.

10 Se consideriamo che il potere di risoluzione dellocchio umano è di 0,1 mm, possiamo affermare che il pixel più piccolo visibile abbia le medesime dimensioni. Se consideriamo che il potere di risoluzione dellocchio umano è di 0,1 mm, possiamo affermare che il pixel più piccolo visibile abbia le medesime dimensioni.

11 L'immagine digitale può essere definita come una tabella bidimensionale di numeri interi non negativi, ciascuno dei quali può essere rappresentato all'interno di una casella definita "picture element" o pixel. L'immagine digitale può cioè essere vista come una griglia, un reticolo di quadratini, denominati pixel, all'interno di ciascuno dei quali è allocato un numero che esprime il valore del parametro considerato in quel punto; nella rappresentazione geometrica il pixel assume la forma di un piccolo quadrato nel contesto del quale la gradazione di grigio o la tonalità di colore riprodotta è uniforme. L'insieme dei pixel viene definito matrice. Le dimensioni della matrice definiscono il numero dei pixel per ognuna delle assi cartesiane: es. 256x256, 512x512, etc. Questi particolari valori numerici derivano dal fatto che tutte le scale informatiche non si basano sulla matematica decimale, bensì su quella binaria, che ha per unità elementare il "binary digit" o "bit"

12 Per ridurre lerrore di trasformazione nella conversione analogica-digitale bisogna aumentare il numero di bit del computer (codifiche binarie del segnale).Per ridurre lerrore di trasformazione nella conversione analogica-digitale bisogna aumentare il numero di bit del computer (codifiche binarie del segnale). Il numero di bit è direttamente proporzionale ai livelli di grigio.Il numero di bit è direttamente proporzionale ai livelli di grigio.

13 Codifica binaria Codifica binaria è la rappresentazione dell'informazione (caratteri alfanumerici, immagini, suoni etc.) effettuata utilizzando un alfabeto limitato a soli due caratteri (0, 1), a causa della capacità dei circuiti di un elaboratore di utilizzare o memorizzare solo cifre binarie (corrispondenti ai due possibili stati di un circuito elettrico: aperto o chiuso). Il sistema di numerazione che utilizziamo comunemente è quello decimale: dieci simboli (0,1,…,9) che raggruppati in opportune sequenze rappresentano i numeri naturali. Il sistema che utilizziamo è inoltre posizionale, perché il significato di ogni cifra dipende dalla sua posizione nella sequenza che costituisce il numero da rappresentare (6435 è diverso da 3465). Possiamo scegliere un insieme diverso di simboli per costituire un sistema di numerazione posizionale.informazionecircuito elettricosistema di numerazionenumeri naturali posizionale La codifica binaria è basata su un sistema di numerazione binario, in base 2: i simboli che compongono l'alfabeto sono solo 2 (0 e 1). I dati in un sistema di codifica binaria vengono infatti rappresentati attraverso '0' e '1', un sistema cioè che utilizza due sole cifre e ha un importante vantaggio: i dati binari sono facilmente rappresentabili (e manipolabili) all'interno di un computer.computer

14 Ogni elemento che assume un valore binario viene indicato con il termine bit (da binary digit, cifra binaria). Il bit rappresenta l'unità elementare di informazione, una scelta tra "si" e "no", due risposte che possono essere associate ai valori "0" e "1". Il funzionamento dei circuiti elettrici di tutti i calcolatori moderni è basato su due stati elementari: la presenza oppure l'assenza di un segnale elettrico. Il passaggio della corrente elettrica con l'interruttore chiuso e la lampadina accesa rappresenta il simbolo 1, mentre il non passaggio di corrente elettrica con l'interruttore aperto e la lampadina spenta rappresenta il simbolo 0. Ovviamente, la rappresentazione di informazioni più complesse richiede l'uso di un insieme di bit. In breve la risposta "si" o "no" a una domanda porta dunque 1 bit di informazione. La risposta a due domande di tale genere (che pone una soluzione con 4 alternative :"si-si", "no-no", "si-no", "no-si") porta 2 bit di informazione. A una successione di 8 bit, con cui possono quindi essere rappresentati 2 8 =256 dati diversi, si da il nome di byte, e di questo si considerano i multipli kilobyte, megabyte, gigabyte e terabyte. Questi prefissi sono associati generalmente a potenze crescenti di 10: rispettivamente 10 3, 10 6, 10 9, ; nel caso binario invece questi multipli sono definiti in termini di potenze di 2 (essendo la base 2). Un KByte corrisponde quindi a 2 10 Byte, un MByte a 2 10 KByte e cosi via.corrente elettricalampadina 1 bit = unità elementare di informazione, ovvero la risposta "si" o "no" a una domanda;

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16 La digitalizzazione viene effettuata dividendo limmagine in quadratini (pixel) e stabilendo una scala di grigi o di diversi colori in modo da classificare il segnale nei vari pixel (o il numero di eventi) tra un valore massimo ed uno minimo

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18 Essendo il microchip un microcircuito in cui passa o non passa corrente, si possono assumere solo due valori: 0 oppure 1. I multipli del bit codificano perciò numeri che sono potenze di 2. Ad esempio il più usato, il Byte, è una stringa di 8 bit, può codificare 256 diversi valori (da 0 a 255) e rappresenta l'unità di codifica di un determinato carattere. Il pixel è quindi la più piccola regione dell'immagine che può avere un determinato valore numerico espresso in termini binari, all'interno della quale regione il valore numerico considerato si mantiene costante. In termini generali, le immagini computerizzate (sia digitali che digitalizzate) sono quindi ottenute tramite l'attribuzione di valori numerici discreti ad ogni pixel di cui è composta la matrice.

19 In questo modo, cioè riducendo tutto ad una sequenza ordinata di cifre, si possono codificare tutti i tipi di informazione.In questo modo, cioè riducendo tutto ad una sequenza ordinata di cifre, si possono codificare tutti i tipi di informazione. 8 bits byte unità di misura della memoria centrale8 bits byte unità di misura della memoria centrale 16 bits word16 bits word

20 Un aspetto fondamentale che deve essere valutato nel considerare le immagini digitali è l'intervallo di valori f (x, y) che il pixel può avere. Questo intervallo può essere di (8 bit), (10 bit), o (12 bit). Tanto più alto è il numero di bit disponibile per la rappresentazione della scala dei grigi, tanto migliore è il range dinamico dell'immagine, o in termini radiologici, la sua "risoluzione di contrasto". Moltiplicando il numero globale di pixel contenuti nell'immagine per il numero di bit sfruttati per rappresentare i diversi livelli di grigio in ogni pixel, si ottiene il numero di bit necessari per la codifica di un'immagine.

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24 La memoria di un computer è limitata, quindi occorre trasformare linsieme infinito di punti luminosi dellimmagine analogica in un insieme finito, a cui è associato un valore discreto che ne rappresenta la luminositàLa memoria di un computer è limitata, quindi occorre trasformare linsieme infinito di punti luminosi dellimmagine analogica in un insieme finito, a cui è associato un valore discreto che ne rappresenta la luminosità

25 Il numero di livelli di grigio dellimmagine è alla base della risoluzione di contrasto che in radiologia digitale può essere variata a seconda delle specifiche esigenze.Il numero di livelli di grigio dellimmagine è alla base della risoluzione di contrasto che in radiologia digitale può essere variata a seconda delle specifiche esigenze livelli di grigio a fronte dei 16 visibili dallocchio umano livelli di grigio a fronte dei 16 visibili dallocchio umano.

26 Il processo di digitalizzazione delle immagini consiste nel misurare il segnale ad intervalli di tempo ugualmente spaziati.Il processo di digitalizzazione delle immagini consiste nel misurare il segnale ad intervalli di tempo ugualmente spaziati..Il teorema del campionamento (condizione di Nyquist) definisce la frequenza minima di campionamento di un segnale (fc), necessaria per evitare distorsioni dello stesso.

27 Condizione di Nyquist: Fc 2 * fmax dove fmax indica la frequenza più alta necessaria a rappresentare il segnale analogico. Si ottiene un insieme di valori numerici che vengono quantizzati per risparmiare memoria del computer e tempo di elaborazione dati.Si ottiene un insieme di valori numerici che vengono quantizzati per risparmiare memoria del computer e tempo di elaborazione dati.

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29 La quantizzazione consiste nel suddividere il range dinamico del segnale in K livelli (k = 2 n, n = numero di bit) ed assegnare ad ogni valore il livello corrispondente. La quantizzazione consiste nel suddividere il range dinamico del segnale in K livelli (k = 2 n, n = numero di bit) ed assegnare ad ogni valore il livello corrispondente.

30 Capacità di discriminare due pixel contigui che abbiano un livello di grigio differente Range Dinamico Risoluzione di Contrasto Range Dinamico Risoluzione di Contrasto Numero di grigi allinterno di un dato intervallo di variazione dei valori di assorbimento

31 Risoluzione di Contrasto Effetto della variazione della risoluzione di contrasto

32 Le diverse densità delle strutture dellorganismo attraversate, determinano un intervallo di variazione dei valori di assorbimento del fascio.Le diverse densità delle strutture dellorganismo attraversate, determinano un intervallo di variazione dei valori di assorbimento del fascio. A tali variazioni si fanno corrispondere differenti livelli di grigio. Quanti più livelli di grigio abbiamo a disposizione, tanto meglio possiamo rappresentare, e quindi percepire, le variazioni di assorbimento anche piccole.Quanti più livelli di grigio abbiamo a disposizione, tanto meglio possiamo rappresentare, e quindi percepire, le variazioni di assorbimento anche piccole.

33 Per esigenze diagnostiche possiamo modificare la risoluzione di contrasto di unimmagine attraverso tecniche dette di amplificazione.Per esigenze diagnostiche possiamo modificare la risoluzione di contrasto di unimmagine attraverso tecniche dette di amplificazione. Lobiettivo è quello di aumentare la distanza dei vari livelli fra loro in modo da renderli così meglio differenziabili.Lobiettivo è quello di aumentare la distanza dei vari livelli fra loro in modo da renderli così meglio differenziabili. Per fare ciò si associa allo stesso intervallo di variazioni un maggior numero di livelli di grigio.Per fare ciò si associa allo stesso intervallo di variazioni un maggior numero di livelli di grigio.

34 La risoluzione di contrasto dipende dalle caratteristiche sensitometriche delle pellicole, dai parametri di esposizione e dal trattamento del materiale fotosensibile. Radiologia analogica Radiologia digitale La risoluzione di contrasto può essere variata in base alle specifiche esigenze diagnostiche.

35 Linee / millimetroLinee / millimetro Edge Response Function (EFR)Edge Response Function (EFR) (demarcazione tra tessuto sano e patologico) (demarcazione tra tessuto sano e patologico) Modulation Transfer Function (MTF)Modulation Transfer Function (MTF) (fornisce una misura del rapporto tra informazione registrata e quella disponibile nelloriginale per ciascun valore di risoluzione) (fornisce una misura del rapporto tra informazione registrata e quella disponibile nelloriginale per ciascun valore di risoluzione) Dimensione del pixelDimensione del pixel Risoluzione Spaziale

36 Altri parametri importanti per la valutazione della qualità di unimmagine: UNIFORMITÀ SPAZIALE: capacità di associare lo stesso valore a tutti i pixel relativi ad unarea di densità omogenea e costante.UNIFORMITÀ SPAZIALE: capacità di associare lo stesso valore a tutti i pixel relativi ad unarea di densità omogenea e costante. LINEARITÀ: rapporto di proporzionalità diretta tra la densità di un punto e il valore di assorbimento registrato per il pixel corrispondente.LINEARITÀ: rapporto di proporzionalità diretta tra la densità di un punto e il valore di assorbimento registrato per il pixel corrispondente.

37 Risoluzione Spaziale

38 Nellimmagine a destra la dimensione dei pixel è il doppio di quella a sinistra

39 Ad ogni pixel dellimmagine corrisponde un valore di assorbimento del fascio fotonico, relativo al numero atomico della struttura, e quindi di densità ottica.Ad ogni pixel dellimmagine corrisponde un valore di assorbimento del fascio fotonico, relativo al numero atomico della struttura, e quindi di densità ottica. IL PROCESSO DI DIGITALIZZAZIONE CONSISTE NELLA MISURAZIONE DELLA DENSITÀ OTTICA DI CIASCUN PIXEL DELLIMMAGINE.

40 QuanticoQuantico ElettronicoElettronico Del convertitore A / DDel convertitore A / D Processi di elaborazione (post processing)Processi di elaborazione (post processing) Rumore dellimmagine Laser Amplificatori di segnale Cavi NEI SISTEMI DIGITALI :

41 Sistemi di rilevamento e trasformazione dei raggi x in segnali elettrici.Sistemi di rilevamento e trasformazione dei raggi x in segnali elettrici. Caratteristiche di un sensore ideale:Caratteristiche di un sensore ideale: –Alta capacità risolutiva –Resa dei grigi –Alta sensibilità ai raggi x –Memoria dellimmagine per un tempo sufficiente alla lettura. Sensori di immagini

42 Alta capacità risolutivaAlta capacità risolutiva Range dinamico (scala di grigi rappresentabile)Range dinamico (scala di grigi rappresentabile) Alta sensibilità ai raggi xAlta sensibilità ai raggi x Possibilità di realizzare formati diversiPossibilità di realizzare formati diversi Compatibilità con tavoli radiologici esistentiCompatibilità con tavoli radiologici esistenti Semplicità operativa ed economicità di letturaSemplicità operativa ed economicità di lettura Memoria dellimmagine per tempi sufficienti alla letturaMemoria dellimmagine per tempi sufficienti alla lettura Le caratteristiche necessarie per un sistema di detezione sono:

43 COMPUTED RADIOGRAPHY (CR): lelemento sensibile, basato su una matrice di fosfori fotostimolabili a memoria, sostituisce la pellicola allinterno di una cassetta radiografica del tutto equivalente a quelle tradizionali.COMPUTED RADIOGRAPHY (CR): lelemento sensibile, basato su una matrice di fosfori fotostimolabili a memoria, sostituisce la pellicola allinterno di una cassetta radiografica del tutto equivalente a quelle tradizionali. Come nel sistema convenzionale, la generazione dellimmagine avviene in due fasi distinte: esposizione e lettura (sviluppo). Da un punto di vista operativo esistono due possibili approcci:

44 DIRECT RADIOGRAPHY (DR):DIRECT RADIOGRAPHY (DR): il sistema di detezione (rivelazione + conversione) è inserito allinterno del tavolo radiografico e limmagine è immediatamente disponibile al termine dellesposizione.

45 Dopo il passaggio dei raggi x linformazione viene memorizzata negli schermi costituiti da questi mineraliDopo il passaggio dei raggi x linformazione viene memorizzata negli schermi costituiti da questi minerali Tale informazione può essere recuperata punto per puntoTale informazione può essere recuperata punto per punto Fosfori a memoria

46 La normale cassetta radiografica contiene in questo caso una piastra di cristalli di fosfo-alogenuro di bario.La normale cassetta radiografica contiene in questo caso una piastra di cristalli di fosfo-alogenuro di bario. Queste sostanze danno luogo al fenomeno della luminescenza fotostimolataQueste sostanze danno luogo al fenomeno della luminescenza fotostimolata

47 Gli elettroni vengono eccitati al passaggio dei fotoni e passano dalla banda di valenza alla banda di conduzioneGli elettroni vengono eccitati al passaggio dei fotoni e passano dalla banda di valenza alla banda di conduzione Alcuni di questi elettroni non riescono a tornare alla condizione energetica basale.Alcuni di questi elettroni non riescono a tornare alla condizione energetica basale.

48 Sono tali elettroni che conservano limmagine latente e che consentiranno di elaborarla in forma digitale.Sono tali elettroni che conservano limmagine latente e che consentiranno di elaborarla in forma digitale. Il numero di elettroni catturati è direttamente proporzionale al numero di fotoni assorbiti in quel punto.Il numero di elettroni catturati è direttamente proporzionale al numero di fotoni assorbiti in quel punto.

49 La piastra viene immessa in un lettore laser che consente agli elettroni, opportunamente stimolati da una luce laser, di lasciare le buche elettroniche.La piastra viene immessa in un lettore laser che consente agli elettroni, opportunamente stimolati da una luce laser, di lasciare le buche elettroniche. Il ritorno allo loro stato energetico basale è accompagnato dallemissione di energia.Il ritorno allo loro stato energetico basale è accompagnato dallemissione di energia.

50 Tale energia è captata da un fotomoltiplicatore che converte il segnale luminoso in segnale elettronicoTale energia è captata da un fotomoltiplicatore che converte il segnale luminoso in segnale elettronico Il segnale elettrico è ancora di tipo analogico: per essere comprensibile al computer deve essere convertito in forma digitale, ovvero in forma numerica.Il segnale elettrico è ancora di tipo analogico: per essere comprensibile al computer deve essere convertito in forma digitale, ovvero in forma numerica. Esso viene ordinato su una matrice.Esso viene ordinato su una matrice.

51 La matrice contiene un numero per ogni pixel il cui valore è direttamente proporzionale allintensità di segnale misurato nel punto corrispondente della piastraLa matrice contiene un numero per ogni pixel il cui valore è direttamente proporzionale allintensità di segnale misurato nel punto corrispondente della piastra Ad ogni valore del segnale viene attribuito un livello di grigioAd ogni valore del segnale viene attribuito un livello di grigio

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55 Per la completa digitalizzazione dei sistemi di radiologia convenzionale il passo successivo è dato dalla realizzazione di sistemi elettronici di detezione/acquisizione diretta delle immagini digitali di dimensioni contenute, e con caratteristiche tali da renderne agevole linserimento allinterno di tavoli radiologici di tipo tradizionale, oltre che in diagnostiche digitali di nuova generazione.Per la completa digitalizzazione dei sistemi di radiologia convenzionale il passo successivo è dato dalla realizzazione di sistemi elettronici di detezione/acquisizione diretta delle immagini digitali di dimensioni contenute, e con caratteristiche tali da renderne agevole linserimento allinterno di tavoli radiologici di tipo tradizionale, oltre che in diagnostiche digitali di nuova generazione. Radiografia digitale diretta al silicio amorfo Radiografia digitale diretta al silicio amorfo

56 Tale evoluzione è basata sulla realizzazione di pannelli detettori che utilizzano sensori semiconduttori al silicio amorfo (a-Si).Tale evoluzione è basata sulla realizzazione di pannelli detettori che utilizzano sensori semiconduttori al silicio amorfo (a-Si). Data la rapidità del processo di lettura, una possibile evoluzione di tale tecnologia prevede lacquisizione di sequenze di immagini in movimento ipotizzandone impiego in sostituzione dei tradizionali intensificatori di brillanza per radioscopia.Data la rapidità del processo di lettura, una possibile evoluzione di tale tecnologia prevede lacquisizione di sequenze di immagini in movimento ipotizzandone impiego in sostituzione dei tradizionali intensificatori di brillanza per radioscopia.

57 La sensibilità del silicio non è tuttavia sufficiente per rilevare i raggi x nellintervallo di intensità utilizzato. Pertanto al di sopra dello strato di silicio amorfo viene applicato uno strato scintillatore di ioduro di cesio (Csl) che assorbe le radiazioni ionizzanti emettendo lenergia acquisita sotto forma di luce visibile.La sensibilità del silicio non è tuttavia sufficiente per rilevare i raggi x nellintervallo di intensità utilizzato. Pertanto al di sopra dello strato di silicio amorfo viene applicato uno strato scintillatore di ioduro di cesio (Csl) che assorbe le radiazioni ionizzanti emettendo lenergia acquisita sotto forma di luce visibile.

58 La struttura aghiforme del cristallo di ioduro di cesio agisce come una guida donda e riduce pertanto i fenomeni di diffusione che deteriorerebbero il potere risolutivo, come accade con limpiego di altri tipi di fosfori.La struttura aghiforme del cristallo di ioduro di cesio agisce come una guida donda e riduce pertanto i fenomeni di diffusione che deteriorerebbero il potere risolutivo, come accade con limpiego di altri tipi di fosfori.

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61 Altri tipi di detettori Per la radiologia digitale sono ancora in fase di studio e sperimentazione nuovi detettori come le piastre di selenio, a carica cinestatica o a gas ionografici e i sensori di immagine a stato solido ad accoppiamento di carica (CCD, Charge Coupled Device). Le piastre al selenio sono simili a quelle utilizzate per la xerografia, ma presentano uno strato fotosensibile 8-10 volte più spesso. Le radiazioni incidenti producono nelle piastre di selenio variazioni di carica che possono poi essere lette per scansione da un fascio laser e quindi digitalizzate. In questo modo si possono ottenere immagini con elevata risoluzione spaziale ed elevato rapporto segnale/rumore. Con un principio di funzionamento simile si stanno sperimentando anche sistemi cinestatici ed a gas ionografici che presentano una elevata efficienza di detenzione quantica e promettono una elevata risoluzione spaziale, ma il costo elevato ne condiziona ancora l'impiego su larga scala. Certamente molto più promettenti ed interessanti sono i sensori di immagine a stato solido (CCD). Essi sono in sperimentazione sia accoppiati ad amplificatori di brillanza, sia collegati a detettori a scintillazione attraverso sistemi di fibre ottiche. Le prime applicazioni sperimentali sembrano molto promettenti: la risoluzione spaziale è infatti interessante, così come l'efficienza e la gamma dinamica del sistema. Inoltre la tecnologia del CCD, da tempo in uso in molti settori dell'elettronica di consumo (ad esempio le telecamere televisive), ha il vantaggio di costi abbastanza contenuti e elevata affidabilità nel tempo.

62 I sistemi di digitalizzazione delle immagini fuori linea sono sempre più relegati a svolgere il ruolo di supporti per la digitalizzazione dellarchivio esami esistente e possono ormai essere ristretti a due dispositivi: scanner CCD lineari e scanner laser. Digitalizzazione del pregresso

63 Limmagine digitale viene elaborata in maniera automatica oppure può essere modificata dal radiologo per ottenere un risultato iconografico pertinente al quesito clinico. Elaborazione delle immagini

64 Le possibilità di elaborazione migliorativa dellimmagine prevedono una serie di metodiche e procedure operative con obiettivi differenti, che spesso vengono applicate in combinazione. Elaborazione delle immagini

65 Obiettivi primari di tali elaborazioni sono: visualizzazione dellintero range dinamico delloggetto (dal max al min livello di attenuazione; la cosiddetta latitudine);visualizzazione dellintero range dinamico delloggetto (dal max al min livello di attenuazione; la cosiddetta latitudine); miglioramento locale del contrasto (tecniche di esaltazione del contrasto e rilevazione dei contorni);miglioramento locale del contrasto (tecniche di esaltazione del contrasto e rilevazione dei contorni); ottimizzazione della risoluzione spaziale (tecniche di esaltazione della nitidezza);ottimizzazione della risoluzione spaziale (tecniche di esaltazione della nitidezza); soppressione del rumoresoppressione del rumore

66 Tecniche di regolazione di window-level e windows-width. Regolazione del contrasto e della densità Regolazione del contrasto e della densità

67 Gli algoritmi di definizione dei contorni in genere isolano e raggruppano i pixel con caratteristiche di luminosità simili. Lelaborazione viene condotta operando su piccole aree di immagine alla ricerca di variazioni significative tra pixel contigui. Le convoluzioni operano su matrici (Kernel) di 3x3 o 4x4 pixel i cui valori vengono elaborati per fornire un nuovo valore da attribuire al pixel centrale della matrice stessa. Definizione dei contorni

68 Possibilità di elaborare le immaginiPossibilità di elaborare le immagini Ottima risoluzione di contrastoOttima risoluzione di contrasto Perfetta linearità della curva dose/esposizionePerfetta linearità della curva dose/esposizione Riduzione della dose del 50%Riduzione della dose del 50% Vantaggi dellimmagine digitale

69 Minore risoluzione spaziale, dovuta alla perdita di alcune informazioni durante il processo di conversione analogico/digitale.Minore risoluzione spaziale, dovuta alla perdita di alcune informazioni durante il processo di conversione analogico/digitale. Svantaggi

70 Riduzione della quantità di dati attraverso opportuni algoritmiRiduzione della quantità di dati attraverso opportuni algoritmi Algoritmi conservativi ( possibilità di ricostruire esattamente limmagine dai dati grezzi con riduzione di 1/5 delle informazioni complessive )Algoritmi conservativi ( possibilità di ricostruire esattamente limmagine dai dati grezzi con riduzione di 1/5 delle informazioni complessive ) Algoritmi non conservativiAlgoritmi non conservativi (Riduzione 200:1 delle informazioni originarie)(Riduzione 200:1 delle informazioni originarie) Compressione dati digitali

71 Immagine come griglia diImmagine come griglia di battaglia navale 5x5 caselle Esistono descrizioni alternative:Esistono descrizioni alternative: –Tutte caselle azzurre tranne alcune gialle, occupate dalle navi –Prima riga: acqua, acqua, acqua, nave, acqua. Seconda riga… –Prima riga: 3 acqua, nave, acqua… Organizzazione delle informazioni: i formati dei file Organizzazione delle informazioni: i formati dei file

72 Ogni tecnica di descrizione individua un formato, un metodo standardizzato e riproducibile su tutti i computer, per leggere ed organizzare le informazioni contenute in un file. Il formato si riconosce dalla estensione del file:.bmp,.jpeg,.gif…Ogni tecnica di descrizione individua un formato, un metodo standardizzato e riproducibile su tutti i computer, per leggere ed organizzare le informazioni contenute in un file. Il formato si riconosce dalla estensione del file:.bmp,.jpeg,.gif… Il computer riconosce lestensione, abbina il formato e attua una precisa serie di operazioni per manipolare i dati (algoritmo) e presentarli a schermo.Il computer riconosce lestensione, abbina il formato e attua una precisa serie di operazioni per manipolare i dati (algoritmo) e presentarli a schermo.

73 BitMap: serie di coordinate e colori di ogni singolo pixel. Corrispondenza assoluta allimmagine originale (loss- less). Profondità di colore molto alta, file molto voluminosi.BitMap: serie di coordinate e colori di ogni singolo pixel. Corrispondenza assoluta allimmagine originale (loss- less). Profondità di colore molto alta, file molto voluminosi. TIFF: alta profondità di colore, multipli algoritmi di compressione loss-less. File molto voluminosi. Adatto per stampa e impaginazione professionale, e per distribuzione di immagini ad alta qualità.TIFF: alta profondità di colore, multipli algoritmi di compressione loss-less. File molto voluminosi. Adatto per stampa e impaginazione professionale, e per distribuzione di immagini ad alta qualità.

74 JPEG: compressione regolabile. Usa un algoritmo lossy. Il peso delle immagini si può ridurre da 5 a 10 volte senza perdita di dettaglio evidente. Usato per salvataggio e memorizzazione di immagini fotografiche. Ottima profondità di colore e compatibilità con software.JPEG: compressione regolabile. Usa un algoritmo lossy. Il peso delle immagini si può ridurre da 5 a 10 volte senza perdita di dettaglio evidente. Usato per salvataggio e memorizzazione di immagini fotografiche. Ottima profondità di colore e compatibilità con software. PNG: praticamente un TIFF evoluto, gestisce anche le trasparenze.PNG: praticamente un TIFF evoluto, gestisce anche le trasparenze.

75 Standard, cioè insieme di regole, utilizzato per memorizzare e trasferire dati digitali come immagini biomediche e informazioni medico-sanitarie tra apparecchiature diverse (macchine per acquisizione, computer, stampanti, archivi digitali...). Il DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine) Il DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine)

76 Non è un algoritmo di compressione, ma incapsula una immagine nel suo formato, quale esso sia: Bitmap, JPEG.... Un file DICOM è un contenitore con una intestazione (header), costituita da informazioni di varia natura, e un corpo dati atto a contenere una o più immagini. Il DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine) Il DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine)

77 Nellheader sono specificati: i dati identificativi del paziente (cognome, nome, sesso, data di nascita, ID paziente) e delle modalità di generazione delle immagini (data e ora di acquisizione, tipo di esame, orientamento delle parti anatomiche es. dx-sn, supino o prono, algoritmi e rapporti di compressione). Il DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine) Il DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine)

78 I dati grezzi delle immagini possono essere immagazzinati su vari tipi di supporti ed essere richiamati ogni qualvolta serve visualizzare lesame e ricostruire le immaginiI dati grezzi delle immagini possono essere immagazzinati su vari tipi di supporti ed essere richiamati ogni qualvolta serve visualizzare lesame e ricostruire le immagini

79 DISCHI MAGNETICI DISCHI MAGNETICI DISCHI OTTICI DISCHI OTTICI DISCHI MAGNETO – OTTICI DISCHI MAGNETO – OTTICI NASTRI OTTICI NASTRI OTTICI COMPRESSIONE DI DATI COMPRESSIONE DI DATI Archiviazione

80 Accesso veloce alle immaginiAccesso veloce alle immagini Possibilità di cancellare il discoPossibilità di cancellare il disco Possibilità di collegamento di più dischiPossibilità di collegamento di più dischi Possono essere usati per la memorizzazione temporaneaPossono essere usati per la memorizzazione temporanea Dischi magnetici

81 Superficie sensibile su cui i dati vengono memorizzati da un laser, in forma di piccole perforazioni.Superficie sensibile su cui i dati vengono memorizzati da un laser, in forma di piccole perforazioni. Elevata capacità di memoria utili per la memorizzazione definitiva di dati digitaliElevata capacità di memoria utili per la memorizzazione definitiva di dati digitali Capacità di gigabytes per lato per un disco di 12 polliciCapacità di gigabytes per lato per un disco di 12 pollici Dischi ottici

82 I dischi ottici possono essere tenuti in linea con un assemblaggio definito a juke box raggiungendo una dimensione dellarchivio di 100 – 150 gigabytesI dischi ottici possono essere tenuti in linea con un assemblaggio definito a juke box raggiungendo una dimensione dellarchivio di 100 – 150 gigabytes Accesso allimmagine di circa 12 sec.Accesso allimmagine di circa 12 sec. Dischi ottici

83 Elevata memoriaElevata memoria Dimensione fisiche ridotteDimensione fisiche ridotte Possono essere cancellati attraverso un campo magnetico associato ad un laserPossono essere cancellati attraverso un campo magnetico associato ad un laser Tempo di accesso di 90/100 msecTempo di accesso di 90/100 msec Dischi magneto-ottici

84 Costituiti da un nastro composito, definito carta digitale con supporto inerte in poliestereCostituiti da un nastro composito, definito carta digitale con supporto inerte in poliestere Superficie metallicaSuperficie metallica Polimero sensibile con assorbimento selettivo della luce laser che modifica la struttura del polimero stessoPolimero sensibile con assorbimento selettivo della luce laser che modifica la struttura del polimero stesso Nastri ottici

85 Lalterazione strutturale può essere letta sottoforma di dato digitaleLalterazione strutturale può essere letta sottoforma di dato digitale Capacità di memoria di un TerabyteCapacità di memoria di un Terabyte Memorizzazione di tutte le immagini ottenute da un ospedale medio in un annoMemorizzazione di tutte le immagini ottenute da un ospedale medio in un anno Limitato tempo di accesso ai datiLimitato tempo di accesso ai dati

86 Risoluzione spazialeRisoluzione spaziale Risoluzione di contrastoRisoluzione di contrasto RumoreRumore ArtefattiArtefatti Parametri che determinano la qualità dellimmagine in TC

87 La risoluzione spaziale può essere definita come la minima distanza alla quale due punti risultano essere distinti. Principali fattori geometrici che la determinano: –Ampiezza della macchia focale –Apertura del singolo rilevatore –Spaziatura fra due rivelatori adiacenti –Distanza tra sorgente e oggetto – radiogena e detettore –Efficacia geometrica Gli altri fattori sono: –Algoritmo di ricostruzione dellimmagine –Dimensione finita del pixel dellimmagine visualizzata, dato dal rapporto tra campo di acquisizione (in cm) e la matrice utilizzata (in pixel) –n. di campionamenti per rivelatore Risoluzione spaziale

88 La risoluzione di contrasto è definita come la capacità di rilevare ed evidenziare le più piccole variazioni di densità dei tessuti. Essa è legata al rumore quantico, derivato dalle fluttuazioni statistiche della materia. Le varie densità degli organi attraversate dal fascio RX vengono quantificate secondo numeri interi: CT NUMERI (HUNSFIELD UNITS) Risoluzione di contrasto K* ( µ** tessuto - µ H 2 O) µ H 2 O CT numeri = * K = costante di scala ** µ = coeff. attenuazione lineare

89 Per rumore si intendono tutte quelle componenti di fluttuazione statistica della materia che contribuiscono a deteriorare il segnale ed attenuare lintensità riducendo il contenuto informativo. Il rumore appare come una struttura granulosa sovrapposta allimmagine e rappresenta il principale fattore che limita la discriminazione dei particolari a basso contrasto. I livelli di rumore dipendono da vari parametri: –Dose al paziente –Efficacia dei detettori –Dimensione del soggetto –Attenuazione del soggetto –Tecnica di scansione –n. di proiezioni per scansione –Spettro raggi x e monocromaticità del fascio Rumore (deviazione standard)

90 Gli artefatti influenzano pesantemente la qualità dellimmagine e sono fondamentalmente di due tipi: –Dovuti al paziente – alla macchina Gli artefatti dovuti al paziente sono il movimento (fisiologici e casuali). Con la riduzione del tempo di scansione si eliminano gran parte di essi. Gli artefatti dovuti al paziente sono il movimento (fisiologici e casuali). Con la riduzione del tempo di scansione si eliminano gran parte di essi. Caratteristiche costruttive, imperfetta taratura, non consona collimazione, vari procedimenti di calcolo (algoritmi errati) Caratteristiche costruttive, imperfetta taratura, non consona collimazione, vari procedimenti di calcolo (algoritmi errati) Artefatti

91 La gestione del paziente può essere notevolmente semplificata e ottimizzata proprio con lausilio del computer.La gestione del paziente può essere notevolmente semplificata e ottimizzata proprio con lausilio del computer. Creazione di una banca dati sia grafici che clinici (Hospital Informating System HIS)Creazione di una banca dati sia grafici che clinici (Hospital Informating System HIS) Gestione informatica dei dati

92 All HIS ospedaliero va legato il RIS (Radiological Informating Sistem) deputato alla gestione delle immagini sia digitali che analogiche, dopo digitalizzazione.All HIS ospedaliero va legato il RIS (Radiological Informating Sistem) deputato alla gestione delle immagini sia digitali che analogiche, dopo digitalizzazione. Tale sistema gestisce tutta lattività della Radiologia.Tale sistema gestisce tutta lattività della Radiologia. RIS

93 Le immagini di archivio radiologico digitalizzato possono essere presto disponibili per la consultazione allinterno dello stesso ospedale od ospedali diversi grazie al Picture Archiving Communication SistemLe immagini di archivio radiologico digitalizzato possono essere presto disponibili per la consultazione allinterno dello stesso ospedale od ospedali diversi grazie al Picture Archiving Communication Sistem PACS

94 Art. 111; Criteri di impiego delle radiazioni ionizzanti in campo medico Limpiego delle radiazioni ionizzanti in campo medico è consentito solo a seguito di motivata richiesta medica rivolta al medico specialista … Archiviazione e reperimento delle immagini e dei referti radiologici D.L. 230/95 art. 111

95 2.Il MEDICO SPECIALISTA SULLA BASE DELLA RICHIESTA DI CUI AL COMMA 1: a.Valuta preliminarmente la possibilità di utilizzare tecniche sostitutive a quelle espletate con radiazioni ionizzanti che siano altrettanto efficaci dal punto di vista diagnostico e terapeutico e che comportino un rischio minore per la persona b.sceglie metodiche idonee a ottenere il massimo beneficio clinico con minimo detrimento sanitario e costo economico Archiviazione e reperimento delle immagini e dei referti radiologici D.L. 230/95 art. 111

96 c.Osserva particolare cautela nella attività diagnostica, sia radiologica che di medicina nucleare, quando ad accertamenti siano sottoposti soggetti in età pediatrica o donne in età fertile. d.Assicura, al fine di evitare esami radiologici superflui, di non essere in grado di procurarsi le informazioni necessarie in base ai risultati di esami precedenti. Ciò vale in particolare per le procedure medico-legali o di assicurazione. Archiviazione e reperimento delle immagini e dei referti radiologici D.L. 230/95 art. 111

97 Archiviazione e reperimento delle immagini e dei referti radiologici D.L. 230/95 art Con decreto del Ministero della Sanità, entro sei mesi dallentrata in vigore del presente decreto, sono stabilite le disposizioni atte a permettere che documenti radiologici e di medicina nucleare ed i resoconti esistenti siano resi tempestivamente disponibili per successive esigenze mediche. Norme attuative d.Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U. del ) Determinazione delle modalità affinché I documenti radiologici e di medicina nucleare ed i resoconti esistenti siano resi tempestivamente disponibili per successive esigenze mediche ai sensi dell art. 111 D.Lgs.230/95

98 Il presente articolo stabilisce le disposizioni atte a permettere che documenti radiologici e di medicina nucleare ed i resoconti esistenti siano resi disponibili per successive esigenze mediche Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del ) Art. 1 – FINALITA Art. 2 – CAMPO DI APPLICAZIONE I presidi ospedalieri, gli istituti, ireparti, i gabinetti medici, ed i laboratori, sia pubblici che privati, in cui vengono effettuate prestazioni professionali specialistiche di radiodiagnostica, radioterapia e medicina nucleare, nonchè qualsiasi struttura in cui vengono svolte attività di radiodiagnostica complementari allesercizio clinico, incluso lambito odontoiatrico, sono soggetti alle disposizioni del presente decreto

99 La documentazione disciplinata dal seguente decreto e di cui al precedente art. 1 è così stabilita: Art. 3 – DOCUMENTAZIONE a Documenti radiologici e di medicina nucleare consistono nella documentazione iconografica prodotta a seguito dellindagine diagnostica utilizzata dal medico specialista nonchè quella prodotta nellambito delle attività di radiodiagnostica complementari allutilizzo clinico. b Resoconti radiologici e di medicina nucleare: la documentazione del presente punto consiste nei referti stilati dal medico specialista radiologo e medico nucleare Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del )

100 Art. 4 – ACQUISIZIONE, ARCHIVIAZIONE, DISPONIBILITÀ 1 Ove la documentazione iconografica di cui al precedente articolo non venga consegnata al paziente, questa deve essere custodita con le modalità di cui ai successivi commi. 2 La documentazione iconografica di cui al presente comma può essere acquisita mediante pellicole radiografiche, supporti cartacei, supporti elettronici. Può essere detenuta in apposito locale predisposto, può essere microfilmata oppure può essere memorizzata in archivio elettronico in conformità alle direttive dellAgenzia per linformatizzazione della pubblica Amministrazione Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del )

101 Art. 4 – ACQUISIZIONE, ARCHIVIAZIONE, DISPONIBILITÀ 3 Qualunque sia la forma di archivio prescelta, la documentazione deve essere disponibile a richiesta per successive esigenze mediche. Tale disponibilità deve essere mantenuta per un periodo non inferiore a 10 anni, per i documenti di cui al punto a) del precedente articolo ed a tempo indeterminato per i documenti di cui al punto b) dello stesso articolo, salvo termini diversi stabiliti con direttive del Ministero della Sanità su conforme parere del consiglio Superiore della Sanità Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del )

102 Art. 5 – MODALITÀ DI ARCHIVIAZIONE E REGISTRAZIONE 1 Con il presente decreto viene stabilito che il riferimento di archivio che dovrà essere utilizzato per la documentazione di cui al precedente art. 3 deve coincidere con quello riportato nel decreto emanato ai sensi dellart. 114 del D.Lgs 230/95 e relativo alle prestazioni effettuate su pazienti e riportate: Sul registro delle indagini e dei trattamenti con radiazioni ionizzanti Nel libretto radiologico individuale 2 Il riferimento di archivio deve essere tale che non vi siano dubbi né del paziente, né dellesame espletato, né della struttura che ha erogato la prestazione Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del )

103 Art. 6 – CONTENUTO DEL RIFERIMENTO DELLARCHIVIO 1 Il riferimento dellarchivio deve essere costituito da caratteri alfanumerici. 2 Il riferimento di archivio deve possedere, in forma diretta e indiretta i seguenti elementi: Soggetto cui è erogata la prestazione Struttura che ha erogato la prestazione Tipo di prestazione 3 Il riferimento di archivio relativo alla lettera a) dellart. 3 deve essere il medesimo di quello relativo alla lettera b) dello stesso articolo. 4 Con circolare del Ministero della Sanità sono indicati i criteri di omogeneità per la formulazione darchivio di cui al presente articolo Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del )

104 Art. 7 – ENTRATA IN VIGORE 1 Le disposizioni di cui al presente decreto hanno efficacia dal giorno dellemanazione del decreto di cui allart. 114 del D.Lgs.230/95 2 Le disposizioni relative alla disponibilità della documentazione di cui alla lettera a) dellart. 3 entrano in vigore dopo 24 mesi dalla data di pubblicazione del presente decreto sulla G.U. 3 Le disposizioni relative alla disponibilità della documentazione di cui alla lettera b) dell art. 3 entrano in vigore dopo 90 giorni dalla data di pubblicazione del presente decreto sulla G.U. Norme attuative Decreto ministeriale 14 febbraio 1997 (G.U.del )


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