Strumentazione Biomedica 2

Presentazione sul tema: "Strumentazione Biomedica 2"— Transcript della presentazione:

1 Strumentazione Biomedica 2
Tomografia computerizzata a raggi X - 2

2 Sensori a semiconduttore
Silicio drogato (p) + + + + + Giunzione p-n Silicio (n) DEI - Univ. Padova (Italia)

3 Sensori a semicoduttore
- + Movimento degli elettroni + - Movimento virtuale delle lacune + - + + DEI - Univ. Padova (Italia)

4 Sensori a semiconduttore
- - Regione di svuotamento + + DEI - Univ. Padova (Italia)

5 Sensori a semiconduttore
- - - - 10 μm 10 V + + + + ΔV/Δx=104 [V/cm] DEI - Univ. Padova (Italia)

6 Sensori a semiconduttore
- - - - fotone X + 10 V - + + + + DEI - Univ. Padova (Italia)

7 Sensori a gas ionizzati
fotone X + - + - + - Gas in pressione ΔV DEI - Univ. Padova (Italia)

8 Le quattro generazioni di tomografi
I generazione II generazione III generazione IV generazione DEI - Univ. Padova (Italia)

9 La tomografia spirale DEI - Univ. Padova (Italia)

10 Tomografia spirale multistrato
DEI - Univ. Padova (Italia)

11 Dimensione della sezione
DEI - Univ. Padova (Italia)

12 Matrice di recettori Si possono avere elementi disposti in maniera quasi isotropa: 1mm x 1.25mm 20 mm DEI - Univ. Padova (Italia)

13 Recettori di dimensione variabile
Il fascio conico introduce proietta dimensioni diverse dal centro alla periferia DEI - Univ. Padova (Italia)

14 Recettori di dimensione variabile
DEI - Univ. Padova (Italia)

15 Collimazione del fascio
Con una stessa collimazione, sono possibili diversi spessori delle sezioni DEI - Univ. Padova (Italia)

16 Scelta della dimensione della ricostruzione
E’ possibile scegliere anche dopo l’acquisizione come utilizzare i dati: Acquisizione: 4x2.5 mm Ricostruzione 4x2.5 mm 2x5.0 mm 1x10.0 mm DEI - Univ. Padova (Italia)

17 Risoluzione isotropica
DEI - Univ. Padova (Italia)

18 Pitch nella tomografia multistrato
Pitchx = Escursione lettino Larghezza fascio Pitchd = Escursione lettino Larghezza detettore DEI - Univ. Padova (Italia)

19 Tomografia Cardiaca Nelle acquisizioni cardio TC esistono attualmente
due differenti approcci: ECG Axial Prospective Gating Le acquisizioni vengono effettuate in assiale in sincronia con il segnale ECG del paziente ECG Spiral Retrospective Tagging Viene eseguita una acquisizione In spirale registrando contemporaneamente il segnale ECG. I dati vengono poi ricostruiti in modo sincrono al segnale registrato DEI - Univ. Padova (Italia)

20 Modulazione della corrente
Corrente del tubo radiogeno Finestra di acquisizione Segnale ECG DEI - Univ. Padova (Italia)

21 ECG gating: ricostruzione retrospettiva
DEI - Univ. Padova (Italia)

22 ECG gating: ricostruzione prospettiva
16 x 1.5 mm Z Time 210 rotation DEI - Univ. Padova (Italia)

23 Gating vs non-gating Artefatti di movimento
DEI - Univ. Padova (Italia)

24 Gating vs non-gating DEI - Univ. Padova (Italia)

25 Distribuzione della dose
Per l’acquisizione di una singola sezione D(z) T Z axis DEI - Univ. Padova (Italia)

26 Scattering Nell’acquisizione di una di più sezioni si ha il contributo dovuto allo scattering D(z) Z axis DEI - Univ. Padova (Italia)

27 Dose media: Multiple Scan Average Dose (MSAD)
MSAD è definita come la dose media, ad una determinata profondità, dovuta a un numero elevato di acquisizioni D(z) Dose media: MSAD Z axis DEI - Univ. Padova (Italia)

28 CT Dose Index CTDI è una stima di MSAD:
Si definisce (secondo lo FDA) come la dose in ogni punto del paziente tenendo conto di 14 sezioni tomografiche DEI - Univ. Padova (Italia)

29 CT Dose Index CTDI si ottiene con un setup sperimentale che fa uso di un fantoccio di composizione e forma nota La dimensione è 16 cm (per misurare la CTDI della testa) o 32 cm (per misurare la CTDI del corpo) DEI - Univ. Padova (Italia)

30 CT Dose Index Le misure del CTDI sono eseguite al centro ed alla superficie del fantoccio e combinate: DEI - Univ. Padova (Italia)

31 Dose di radiazione per scansione spirale
Sezioni 3x2mm Sezione 1x6mm DEI - Univ. Padova (Italia)

32 Fattori che influenzano il dosaggio: velocità
Spessore nominale della sezione Velocità nominale del lettino Dose nominale Velocità del lettino X2 Dose dimezzata DEI - Univ. Padova (Italia)

33 Fattori che influenzano il dosaggio: pitch
D(z) z axis Aumentando il pitch si diminuisce la dose DEI - Univ. Padova (Italia)

34 Fattori che influenzano il dosaggio: collimazione
CT a sezione singola CT multistrato DEI - Univ. Padova (Italia)

35 Fattori che influenzano il dosaggio: dimensioni
DEI - Univ. Padova (Italia)

36 Fattori che influenzano il dosaggio: mAs
La dose aumenta linearmente con mAs del tubo radiogeno DEI - Univ. Padova (Italia)

37 Riduzione del dosaggio
B mA (rel) 100% 75% Attenuazione aumentata A 50% 25% Attenuazione ridotta A B A B A La corrente viene variata in base all’attenuazione della rotazione precedente in modo da avere un segnale costante sui detettori La corrente cambia in tempo reale in base al distretto anatomico DEI - Univ. Padova (Italia)

38 Riduzione del dosaggio e qualità
Diminuzione dei mAs: Aumento del rumore Aumento del pitch Peggiore ricostruzione Incremento del passo assiale Introduzione di lacune nei dati DEI - Univ. Padova (Italia)

39 Artefatti: beam hardening
Il fascio di raggi X non è monocromatico: Le componenti meno energetiche sono attenuate maggiormente, dunque si ha come risultato uno spettro con una frazione incrementata di raggi energetici. Caso policromatico Caso monocromatico DEI - Univ. Padova (Italia)

40 Artefatti: beam hardening
Caso ideale Caso reale (sperimentale) Misure di μ Soluzioni: pre-elaborazione post-elaborazione acquisizione multispettro Spessore di un mezzo omogeneo DEI - Univ. Padova (Italia)

41 Artefatti: effetto di volume parziale
Grosse sezioni tomografiche Strutture ad alto contrasto parzialmente incluse Sorgente di dimensione finita Campionamento discreto DEI - Univ. Padova (Italia)

42 Artefatti metallici I metalli bloccano quasi completamente i fotoni,
Creando delle ‘ombre’ nelle proiezioni DEI - Univ. Padova (Italia)

43 Artefatti da movimento
Time varying phantom DEI - Univ. Padova (Italia)

44 Artefatti: effetto cono
Un cono con asse perpendicolare al piano di scansione ha una sezione circolare Spirale Interpolazione Sezione ellittica simile al ‘volume averaging’ DEI - Univ. Padova (Italia)

45 Artefatti: effetto cilindro
Un cilindro angolato rispetto al piano di scansione ha una sezione ellittica. Spirale Interpolazione Distorsione Shift di attenuazione DEI - Univ. Padova (Italia)

46 Il rumore: elettronica
Amplificatori Convertitori analogico/digitale Gaussiano Media nulla Indipendente dal segnale DEI - Univ. Padova (Italia)

47 Il rumore: conteggio dei fotoni
Modello del conteggio di fotoni: processo di Poisson Meno fotoni ho maggiore è l’errore DEI - Univ. Padova (Italia)

48 Il rumore: conteggio dei fotoni
Se μ=N la varianza è anch’essa σ2=N L’errore relativo diminuisce con N DEI - Univ. Padova (Italia)