Tecniche di Ricostruzione

Tecniche di ricostruzione: Visualizzazioni 2D CINE DISPLAY RICOSTRUZIONI MULTIPLANARI ( MPR) RICOSTRUZIONI PLANARI CURVE (CPR) Visualizzazioni 3D MAXIMUM INTENSITY PROJECTION (MIP) MINIMUM INTENSITY PROJECTION (MinIP) SHADED SURFACE DISPLAY (SSD) VOLUME RENDERING (VR)

VISUALIZZAZIONE CINE Velocizza la valutazione di cospicue serie di dati; Consente uno studio più accurato di strutture complesse che attraversano il piano di sezione più volte; Migliora l’individuazione delle lesioni Incrementa la produttività negli ambienti con sistemi di archiviazione comunicazione delle immagini (PACS)

RICOSTRUZIONI MULTIPLANARI (MPR) Le ricostruzioni multiplanari sono immagini bidimensionali ricostruite da una serie di dati di immagini assiali. Le ricostruzioni coronali e sagittali sono generate estraendo e visualizzando dal volume dei dati solo quei voxel che sono posizionati uno sull’altro entro il piano coronale o sagittale.

RICOSTRUZIONI PLANARI CURVE (CPR) Le ricostruzioni oblique o curve sono costruite in modo analogo ma i dati d’immagine devono essere interpolati fra voxel adiacenti. Sono utilizzate per rappresentare strutture che passano attraverso multipli piani assiali di sezione ( vasi, bronchi)

RICOSTRUZIONI PLANARI CURVE (CPR) Per la rappresentazione di strutture tubulari sono disponibili software che provvedono al posizionamento semiautomatico della linea di taglio e la tengono centrata sulla struttura d’interesse (vessel tracking).

RICOSTRUZIONI MULTIPLANARI La qualità delle MPR migliora se l’esame viene eseguito con scansioni embricate in TC convenzionale o con Pitch <1 in TC volumetrica. In condizioni di isotropicità del voxel la risoluzione spaziale nelle ricostruzioni MPR è identica a quella delle immagini assiali. In generale più piccoli sono lo spessore di sezione e l’intervallo di ricostruzione, migliore è la qualità dell’immagine.

RICOSTRUZIONI MULTIPLANARI Permette di visualizzare immagini 2D secondo piani diversi da quello di acquisizione (piano assiale) • Utile nello studio delle strutture scheletriche, del torace (rapporto tra lesione, scissura e/o parete toracica), dell’app.gastro-enterico, della pelvi. • Facilità di esecuzione • Qualità della ricostruzione legata all’acquisizione ( per collimazioni sottili; per pitch elevati)

MPR: TORACE

MPR: Apparato gastro-enterico Curvilinea assiale Curvilinea coronale

MPR: Apparato gastro-enterico

Maximum Intensity Projection(MIP)/ Minimum Intensity projection (MinIP) Le immagini sono ottenute proiettando il volume di interesse su un piano di visualizzazione e selezionando i numeri TC più alti ( MIP) o più bassi (MinIP) che si trovano nella direzione della proiezione, chiamata angolo di vista. Entrambe le tecniche garantiscono un ottimo contrasto tra piccole strutture altamente contrastate e tessuti circostanti. Le MIP sono usate per le Angio-TC e per particolari studi del polmone mentre le MinIP sono impiegate principalmente per visualizzare l’albero tracheo-bronchiale

MIP Maximum Intensity Projection Con questa tecnica viene selezionato e visualizzato solo il voxel a contenuto densitometrico più elevato fra quelli disposti lungo un determinato raggio di vista ( proiezione) 4 6 1 5 9 3 2 9

MIP Maximum Intensity Projection Con questa tecnica viene selezionato e visualizzato solo il voxel a contenuto densitometrico più elevato fra quelli disposti lungo un determinato raggio di vista ( proiezione)

MIP Maximum Intensity Projection Informazioni di densità: Le MIP selezionano le informazioni di densità delle strutture con elevati numeri TC, così un angolo di visualizzazione antero-posteriore in molte regioni del corpo può far visualizzare le strutture scheletriche più che i vasi con mdc. In base al software disponibile, è possibile tagliare dall’immagine TC le strutture ossee in modo manuale, semiautomatico o automatico.

MIP Maximum Intensity Projection Fondo dell’immagine Un incremento del rumore nei dati originali si associa un aumento della densità di fondo nelle immagini MIP. All’aumentare dei valori TC delle strutture circostanti ai vasi aumenta la densità di fondo. Per ottimizzare il contrasto tra vasi e fondo è importante escludere dal volume di interesse le strutture circostanti con maggior c. e.

MIP Maximum Intensity Projection Contrasto dell’immagine Aumenta con l’aumentare del contrasto all’interno dei vasi e diminuisce per effetto di volume parziale (che riduce la densità di piccoli vasi) e per l’elevata densità di fondo. La densità del fondo può essere ridotta selezionando un sottile volume di interesse nella direzione della proiezione ed eliminando tutte le strutture altamente attenuanti.

MIP Maximum Intensity Projection

MIP Maximum Intensity Projection Angolo di vista Dati i differenti gradi di risoluzione spaziale nel piano di scansione lungo l’asse z, una migliore qualità delle immagini si ottiene con angoli di vista assiali piuttosto che con angoli perpendicolari.

MIP Maximum Intensity Projection Cine Loop Poiché la MIP non offre informazioni di profondità, è possibile, per migliorare l’orientamento tridimensionale, produrre multiple immagini ad intervalli angolari costanti e visualizzarle da differenti prospettive.

MIP Maximum Intensity Projection Rumore dell’immagine Il rumore dei piccoli vasi resta invariato ma il rumore di fondo è ridotto. La densità di fondo aumenta e il rumore di fondo diminuisce se il volume di interesse considerato è più ampio. Il contrasto dei piccoli vasi e il fondo migliora se è utilizzato uno strato sottile.

MIP (Maximun Intensity Projection) Vantaggi e Svantaggi Immagini simil angiografiche • Possibilità di creare infinite proiezioni da un unico data set volumetrico • I vasi contrastati possono essere distinti dalle calcificazioni parietali per la differente densità Alcuni angoli di vista richiedono che le strutture ossee vengano tagliate dalle immagini Mancata localizzazione spaziale dei voxel • Nessuna informazione dinamica di flusso

Imaging Cardiovascolare Non Invasivo

Minimum Intensity projection (MinIP) Le immagini sono ottenute proiettando il volume di interesse su un piano di visualizzazione e selezionando i numeri TC più bassi che si trovano nella direzione della proiezione. Sono impiegate principalmente per visualizzare l’albero tracheo-bronchiale; possono essere utili per la localizzazione di raccolte aeree extrabronchiali o anomalie bronchiali, raramente nei tumori bronchiali e per lo studio della densità parenchimale nelle BPCO e nell’enfisema. Le MinIP a strato sottile possono essere applicate per la valutazioni delle vie biliari intraepatiche e del dotto pancreatico.

Minimum Intensity projection (MinIP) Maggiore è la differenza di attenuazione tra i bronchi areati e i tessuti circostanti, più chiaramente i bronchi vengono visualizzati. Le immagini create dai dati ad alta risoluzione risentono di un aumento del rumore che causa una riduzione della densità di fondo e può oscurare i bronchi. Questo effetto aumenta all’aumentare del VOI. I valori di attenuazione dei bronchi più piccoli aumentano per effetto di volume parziale, per cui più sottili sono le scansioni maggiore è la qualità delle immagini.

Minimum Intensity projection (MinIP) Artefatti e Trappole Possono sottostimare l’estensione delle lesioni endobronchiali o misconoscerle del tutto quando sono piccole Le pulsazioni vascolari e gli artefatti respiratori possono determinare aree ipodense che possono simulare zone di enfisema, specie in sede retrocardiaca. Se il volume selezionato è troppo ampio le MinIP possono visualizzare solo la parte centrale del sistema bronchiale.

Minimum Intensity projection (MinIP)

SSD Shaded - Surface Display E’ la prima tecnica di rappresentazione volumetrica dei dati densitometrici sviluppata negli anni ’70 ed in uso nella pratica clinica dal 1985. Visualizza l’interfaccia che si viene a determinare nel set di dati acquisiti attraverso la pre-selezione dei valori soglia di densità. E’ un immagine di superficie che fornisce una rappresentazione tridimensionale realistica della superficie di una struttura d’interesse all’interno di un volume di dati acquisiti.

SSD Shaded - Surface Display Quando si crea un SSD è innanzitutto necessario definire l’oggetto 3D d’interesse (ossa,vasi) separandolo dal fondo (segmentazione) mediante la selezione di un intervallo adatto di numeri TC

SSD Shaded - Surface Display Una visualizzazione 3D della superficie della struttura selezionata viene creata illuminando la struttura con una o più fonti d’illuminazione virtuali e quindi elaborando e visualizzando l’intensità della luce che viene retrodiffusa nel piano di osservazione.

SSD Shaded - Surface Display La distanza della superficie dalla fonte d’illuminazione e i gradienti delle densità della superficie sono usati per creare effetti d’ombra ed aumentare il realismo della visualizzazione 3D

SSD Shaded - Surface Display Vantaggi e Svantaggi Rapidità d’esecuzione Evidenzia solo i voxel di superficie Non distingue calcificazioni, strutture ossee e mdc Non distingue tessuti a densità diversa

SSD Shaded - Surface Display Applicazioni Vengono utilizzate soprattutto negli studi scheletrici e in Angio-TC : permettono di chiarire complessi rapporti tridimensionali in quanto le strutture ricostruite possono essere ruotate e viste da ogni angolo desiderato; possono essere utilizzate pre-operatoriamente per fornire al chirurgo una visione tridimensionale della regione d’interesse; Sono utilizzate nell’endoscopia virtuale per il processo di ricostruzione più veloce rispetto alle VR.

SSD Shaded - Surface Display

3D Volume Rendering Tale modalità di ricostruzione volumetrica utilizza tutti i dati presenti nel volume acquisito ed assegna a ciascun voxel un valore di luminosità e contrasto proporzionali al contenuto densitometrico ed alla sua posizione. E’ pertanto in grado di visualizzare contemporaneamente vasi e parenchimi mantenendo inalterati i reciproci rapporti spaziali.

3D Volume Rendering Considera i singoli voxel lungo una linea immaginaria che passa attraverso il volume di acquisizione e valuta le strutture interne e di superficie La tecnica permette la visualizzazione di strutture a diversa densità

Parametri di rendering 3D Volume Rendering Parametri di rendering Permettono di visualizzare e dissociare un tessuto a partire da un dataset volumetrico • Finestra e Livello • Opacità • Luminosità • Colore Ombreggiatura

3D Volume Rendering Finestra e Livello E’ una funzione che mappa le attenuazioni misurate su ogni voxel e si misura in UH. Le caratteristiche tessutali sono rappresentate da un trapezoide, aumentando l’inclinazione dei lati del trapezoide l’immagine sarà più contrastata.

3D Volume Rendering Finestra e Livello L’analisi qualitativa permette la localizzazione di fratture, aneurismi, tumori, ecc Nell’analisi quantitativa (ad es. grado di stenosi), tale funzione presenta dei limiti. Variando i valori di finestra e livello cambia sensibilmente il grado di stenosi

3D Volume Rendering Opacità Visualizza anche le strutture interne ad un volume acquisito Varia da 0% (trasparenza) al 100% (opacità) Valori bassi permettono di “vedere attraverso” le strutture (es. trombi endoluminari, anomalie ossee sotto-corticali Valori elevati di opacità aumentandole dimensioni delle strutture e viceversa

3D Volume Rendering Colore Funzione che applica ad ogni range di attenuazione o densità una transizione del colore

Ombreggiatura e Luminosità 3D Volume Rendering Ombreggiatura e Luminosità Funzione applicata all’intero volume dei dati acquisiti e simula l’effetto di ricevere un’illuminazione da dietro le spalle dell’osservatore

3D Volume Rendering Vantaggi e Svantaggi • Buona caratterizzazione tessutale • Elevato numero di parametri • Tecnica operatore dipendente • Nessuna informazione dinamica di flusso

3D Volume Rendering

Volume Rendering: Imaging angio-TC coronarico:

3D Volume Rendering Stenosi critica Stenosi subcritica Tratto prox Cdx mista pre stent Cdx By-pass multipli Stent 3 mm

3D Volume Rendering

3D Volume Rendering

3D Volume Rendering Artefatti e trappole: -Artefatti a veneziana: dipendono dall’angolo di vista e possono essere riscontrati in alcune implementazioni VR; -Il rumore può determinare irregolarità della superficie degli oggetti od oscurare patologie sottostanti.

Endoscopia Virtuale Tecnica di visualizzazione 3D che si avvale della tecnica SSD I voxel compresi entro una soglia vengono attenuati Il software rende “trasparente” il lume e visualizza l’interfaccia lume-parete

Endoscopia Virtuale Vantaggi e Svantaggi Pone in evidenza esclusivamente l’interfaccia lume-parete senza fornire informazioni sulla parete Iconografia d’effetto Semplicità d’esecuzione Le misurazioni del diametro del lume e del grado di stenosi sono fortemente dipendenti dalla prospettiva dell’osservatore e specialmente dai valori soglia selezionati.

Applicazioni: Colonscopia virtuale E’ una parte dello studio mediante colongrafia-TC Proposta per lo screening del cancro del colon; Utilizzata per l’individuazione di lesioni concomitanti nelle neoplasie stenosanti del colon; Presenta elevata sensibilità nell’individuazione dei piccoli polipi che possono essere misconosciuti nelle immagini assiali; Permette di differenziare le pliche coliche che simulano polipi da reali lesioni polipoidi.

Colonscopia virtuale

Transit Tissue Projection (TTP): effetto doppio contrasto Endoscopia Virtuale

Analisi dei vasi: ricostruzioni 3D Visualizza immagini in 3D (VR e MIP), multiplanari 2D e misurazioni automatizzate • Quantifica il grado di stenosi • Valutazione pre/post chirurgica Permette un’indagine quantitativa delle immagini • Distanza tra le strutture dell'immagine nel piano e nello spazio Lunghezza dei vasi sanguigni (lunghezze curve) Sezioni trasversali di vasi Angoli tra vasi

Analisi dei vasi: ricostruzioni 3D

Conclusioni L’evoluzione tecnologica ha prodotto: • studi anatomici e funzionali ad elevata qualità • tipologie di indagine fino a pochi anni fa impensabili • software meno operatore dipendente MA software meno operatore dipendente non significa minore competenza, anzi è necessaria un’adeguata formazione di base ed un aggiornamento continuo!!!

La Tecnologia Multislice: Vantaggi Acquisizione sub-millimetrica Acquisizione volumetrica Elevata risoluzione temporale Elevata panoramicità Voxel isotropico Retro-ricostruzione dei dati Studi anatomici 3D Studi funzionali

72 cm coverage; 28 sec; 120kV / 130 mAs Vantaggi della TC multistrato: risoluzione spaziale Quad-Slice Dual-Slice Single-Slice 4x2.5mm; 2.5cm/sec 2x5.0mm; 2.5cm/sec 10mm; 2.5cm/sec 72 cm coverage; 28 sec; 120kV / 130 mAs

Vantaggi della TC multistrato: rapidità 10 slice 16 slice 4 slice

Pancreas MDTC 45 sec 75 sec 5 min Risoluzione isotropica

TC: 4 vs 16 strati Lo sviluppo di apparecchi a 16 strati ha permesso un ulteriore miglioramento delle risoluzioni spaziale e temporale: tempi d’esame < 20 sec (contro i 35-40 sec delle TC 4 strati) risoluzione spaziale di 0.75 mm (contro 1-1.25 mm delle TC 4 strati) CDx 4 strati 16 strati

LA CORONARO TC può avere un ruolo in urgenza? Anche il nostro studio su 30 Pz. suggerisce che la TCMS possa essere utilizzata nei Pz con bassa probabilità di SCA (NSTEMI-UA), con i vantaggi di essere non-invasiva ed a basso costo Stenosi lunga tratto prox Cdx Stenosi breve tratto medio Cdx Per Per Paziente segmento Sensibilità: 88% 73.4% Specificità: 92% 99.7% Accuratezza: 90% 96.7% VPP: 93.7% 97.2% VPN: 85,7% 96.6% ACCURATA SELEZIONE DEI PZ DA PARTE DEL CLINICO

Perché è necessaria una TC multislice in un DEA? embolia polmonare Apparecchio segment. subsegment. TC spirale 3 mm 69% 38% 4-MDCT 2.5 mm 78% 55% 4-MDCT 1.25 mm 88% 74% 16-MDCT 1.0 mm 94% 88% 4-MDCT Sens.: 100% Spec.: 89% Winer-Muram et al., 2004

dissezione aortica Perché è necessaria una TC multislice in un DEA? Necessità di rapida e dettagliata diagnosi: Morte improvvisa 3% 1a sett. 62% 1o mese 92% Trattamento tempestivo: riduzione della mortalità al 30%

Emorragia in atto organi addominali: stravaso a getto di mdc TC monoslice 1 su 7 Paz. (14.2 %) con emorragia attiva (Taylor at al. AJR 1994) TC multislice 70 su 167 Paz. (42 %) con emorragia attiva (Willmann et al. AJR 2002) Grazie a: Rapida acquisizione dei dati con alta velocità di studio dell’ addome Collimazione sottile Maggiore risoluzione spaziale Ottimale opacizzazione vasale TC multislice = morbidità e mortalità

Trauma splenico Pz 45 aa con trauma splenico e sanguinamento attivo

Perché è necessaria una TC multislice in un DEA? Studio angiografico: informazioni sullo stato della parete vasale e visualizzazione del vaso occluso o aneurismatico. Studio perfusionale: imaging funzionale capace di rilevare i valori relativi di flusso ematico cerebrale e di volume ematico cerebrale, con discriminazione delle aree di ischemia reversibile ed irreversibile. CBF CBV MTT

Perché è necessaria una TC multislice in un DEA? politrauma Accurata e veloce Risparmio di tempo nel Pz. politraumatizzato Riduzione degli esami di radiologia convenzionale Alto livello di certezza diagnostica Evitare interventi chirurgici non necessari Riduzione dei costi complessivi Con la TC multistrato whole-body gli esami diagnostici nel Pz politraumatizzato sono eseguiti con un unico esame