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Nuovi strumenti diagnostici CT-PET per le indagini morfologiche e fisiologiche in simultanea UNIVERSITA DI PISA DIPARTIMENTO DI FISICA E. FERMI 27 Giugno.

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Presentazione sul tema: "Nuovi strumenti diagnostici CT-PET per le indagini morfologiche e fisiologiche in simultanea UNIVERSITA DI PISA DIPARTIMENTO DI FISICA E. FERMI 27 Giugno."— Transcript della presentazione:

1 Nuovi strumenti diagnostici CT-PET per le indagini morfologiche e fisiologiche in simultanea UNIVERSITA DI PISA DIPARTIMENTO DI FISICA E. FERMI 27 Giugno 2002 DANIELE PANETTA Corso di Ottica Quantistica – Prof. Danilo Giulietti A. A. 2001/2002

2 2 Contenuti: Concetto di tomografia Principi fisici dellindagine morfologica CT Principi fisici dellindagine PET Motivazioni per tomografia combinata CT-PET Fusione delle immagini: i problemi Conclusioni

3 3 Radiografia convenzionale: Oggetti fisici posti sulla stessa linea di irraggiamento non possono essere distinti Concetto di tomografia Scarso contrasto su tessuti con coefficiente di attenuazione simile

4 4 Concetto di tomografia Imaging tomografico: Il corpo del paziente viene visualizzato a fette (slices) CT SPECT MRI

5 5 Concetto di tomografia Tipi di imaging tomografico: Trasmissivo: sorgente esterna al paziente (CT) Emissivo: sorgente interna al paziente, in seguito ad iniezione di opportuni traccianti (PET, MRI, SPECT)

6 6 Computed Tomography Imaging trasmissivo (trasmissione di raggi X attraverso il paziente) Indagini di tipo morfologico (informazioni in 3D multi- slice sullanatomia) Alta capacità di discriminare tessuti con diverse proprietà di attenuazione (sensibilità), regolando l'intensità del fascio incidente Alta risoluzione spaziale

7 7 Computed Tomography Sorgente di raggi X: Tubi radiogeni – elettroni fortemente accelerati colpiscono un bersaglio di metallo pesante (Re,W,Mb) Radiazione policromatica (h tra 40 keV e 140 keV) La radiazione viene collimata a seconda del tomografo CT usato (generalmente, in modalità fan-beam)

8 8 Computed Tomography Rivelatori: Cristalli a scintillazione Camere proporzionali (MWPC) Fotodiodi al silicio Strip di CCD

9 9 Evoluzione degli scanner CT III III e IV

10 10 Evoluzione degli scanner CT Tempo di acquisiz. di una immagine Dimensione dei pixel Num. di pixel in una immagine 5 minuti0,5 secondi 3 mm x 3 mm0,5 mm x 0,5 mm

11 11 Principi di ricostruzione CT Integrale di linea Un set di integrali di linea è detto proiezione La proiezione è la trasformata di Radon della (x,y) lungo una linea Lattenuazione dei raggi X nel tessuto segue la legge di attenuazione esponenziale

12 12 Il Fourier Slice Theorem La trasformata di Fourier unidimensionale della proiezione lungo la linea in direzione è uguale alla trasformata di Fourier bidimensionale dellimmagine (x,y) calcolata sulla retta in direzione nello spazio delle frequenze Soluzione esatta del problema di ricostruzione Garantisce la possibilità di passare nello spazio delle frequenze tramite le proiezioni

13 13 Retroproiezione Le varie proiezioni vengono bidimensionalizzate e sommate Uno dei più antichi metodi di ricostruzione Occorre un gran numero di proiezioni per non avere disturbi

14 14 La Filtered Back Projection (FBP) Si passa nello spazio di Fourier, filtrando le proiezioni. In seguito si esegue lantitrasformata e si retroproietta

15 15 Positron Emission Tomography Radiofarmaco marcato + somministrato al paziente Emissione isotropa di +, che localizza la distribuzione funzionale di radiofarmaco + annichila nel tessuto produzione di due fotoni di annichilazione quasi-opposti (E g MeV) Fotoni di annichilazione rivelati in coincidenza elettronica Ricostruzione della Linea di Volo (LOF) misurata imaging funzionale

16 16 Radionuclidi Disponibilità di elementi metabolici: 11 C, 15 O, 13 N, ( 18 F al posto di OH - ) (carboidrati, amminoacidi, lipidi, substrati naturali, grande varietà di molecole e composti) Produzione di segnale rilevabile (fotoni di annichilazione) da una massa relativamente piccola 1 Ci (37 GBq) di 18 F pesa 24 pg La PET è la tecnica con la più bassa dose fornita al paziente Nessun effetto farmacologico o tossicologico per il paziente Nessun interferenza nella misura o produzione di rumore di fondo corta vita media dei + emitters ciclotrone in loco

17 17 Imaging morfologico e funzionale Lo scan PET rivela aree di anormale attività, ma lesatta localizzazione è sconosciutaPET Unimmagine CT mostra precisamente lanatomia del corpo ma non ne rivela la funzionalità chimicaCT Limmagine dellatmosfera presa da un satellite mostra le aree di intensa attivià ma non le localizza in un preciso contesto geografico La mappa mostra i confini degli stati ma non lattività meteorologica

18 18 Sistema di coincidenza elettronica

19 19 Tipi di eventi di coincidenza

20 20

21 21 Attenuazione x D - x Probabilità di rivelare la coincidenza: e - D = e - x · e - D-x) Indipendente dalla posizione di annichilazione lungo la linea di volo

22 22 Fusione delle immagini Combinando le informazioni fornite da uno scan CT, è possibile correggere con precisione gli errori dovuti allattenuazione (x,y) dipende dallenergia dei fotoni, quindi le informazioni sullattenuazione fornite dalla CT dovrebbero essere scalate allenergia dei fotoni di annichilazione (511 keV), corrette per errori dovuti alla diffusione Compton, e "smoothed" per ridurre l'elevato rumore statistico si ricorre a tecniche di segmentazione in cui l'informazione grossolana ed affetta da errori della CT permette comunque di individuare le regioni corrispondenti a vari valori di : individuate le regioni, il valore di mu viene sostituito con dati tabulati (privi di errore, senza esigenza di riscalatura e correzione) La CT crea una mappa morfologica, localizzando le zone in cui sono presenti i diversi tessuti (aria, muscoli, ossa)

23 23 Fusione delle immagini PET / CT Image Weather Map

24 24 Immagine dellanno 1999

25 25

26 26 Schema costruttivo di un tubo a raggi X

27 27 Spettro di radiazione - bersaglio spesso al tungsteno

28 28 Tubo radiogeno Rivelatori

29 29 Rivelatori


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