Lo spessore dello strato definisce l’effettiva sezione tomografica ricostruita, nella tecnica multistrato è un parametro disaccoppiato dalla collimazione pre-paziente e nella tecnologia a spirale dipende dall’algoritmo di ricostruzione lungo l’asse z (asse del paziente). Questo parametro è di fondamentale importanza perché determina la risoluzione spaziale lungo z. Lo spessore di strato è espresso in termini di larghezza a metà altezza (FWHM) del profilo di sensibilità lungo l’asse z (Slice Sensitive Profile, SSP).
La misura dello spessore di strato è eseguita per scansioni assiali utilizzando un fantoccio che contiene una rampa di materiale uniforme (ad esempio un filo me- tallico) disposta ed inclinata di un angolo θ rispetto all’asse z. L’angolo θ può avere differenti valori a seconda del fantoccio che si utilizza in base alle esigenze. Si esegue una scansione assiale nella regione contenente la rampa, in questo modo il fascio di raggi X, che incide ortogonalmente all’asse z, attraversa la rampa e l’immagine ri- sultante è un’immagine omogenea con il profilo della rampa (che dovrebbe essere centrato). Nei moderni fantocci (es. Catphan 500-504-600) in realtà si hanno più rampe, disposte in modo tale che si rilevi anche il corretto posizionamento del fan- toccio (ad esempio ad ore 3, 6, 12 in una zona centrale del fantoccio) valutando l’allineamento dei profili delle rampe opposte nell’immagine.
Figura 4.1.1 Esempio di misura dello spessore di strato con un apposito fantoccio contenente un inserto a rampa.
Immagine tratta da [G. Vermiglio et al. “Procedures for Evaluation of Slice Thickness in Medical Imaging Systems”] e modificata.
Dall’immagine acquisita si valuta il profilo delle rampe (attraverso un opportuno software di elaborazione di immagini) calcolando la FWHM. Lo spessore di stra- to è definito come il prodotto tra la FWHM misurata e tan θ [4]. Il procedimento può essere ripetuto per vari spessori di strato (utilizzando diversi accoppiamenti di rivelatori).
Occorre però distinguere il caso di scansione assiale da quello a spirale; infatti, a causa del processo di interpolazione lungo l’asse z nelle ricostruzioni da scansione a spirale, si ha che la risoluzione spaziale longitudinale è in questo caso peggiore rispetto al caso assiale ed è tanto peggiore quanto maggiore è il pitch adoperato. Questo peggioramento nelle scansioni elicoidali può essere quantificato in termini di SSP, confrontando i profili acquisiti per differenti valori del pitch. In questo caso però non si usa il metodo della rampa poiché nella ricostruzione può dare proble- mi legati all’interpolazione (essenzialmente si rilevano artefatti dovuti al fatto che viene utilizzata una rampa ad alto contrasto inclinata rispetto al piano immagine). Per eseguire la misura si usa invece un inserto dell’ordine di 100µm come dimen- sione caratteristica (una sferetta o un foglio sottile di materiale ad alto contrasto). Si effettua quindi una acquisizione a spirale centrata sull’inserto e si ricostruiscono più slices ad intervalli regolari; l’intervallo non deve essere superiore ad 1/10 dello spessore della slice ricostruita [4]. Per ogni strato si considera il valor medio dei nu- meri TC di una ROI centrata sull’inserto e si può costruire la curva SSP mettendo i valori medi dei numeri TC in funzione della distanza lungo z. Il confronto con il caso di acquisizione assiale può essere fatto eseguendo più acquisizioni assiali distanzia- te ad intervalli regolari (pari a quelli utilizzati nelle ricostruzioni da acquisizione a spirale) e ricostruendo la curva SSP.
4.1 Risoluzione spaziale longitudinale: lo spessore dello strato 121
Figura 4.1.2 Esempio di SSP al variare del pitch. Immagine presa da [24] e modificata.
in cui si osserva un peggioramento (ossia allargamento dello spessore di strato) della risoluzione lungo l’asse z nel caso di acquisizioni assiali all’aumentare del pitch. Per quanto riguarda la risoluzione spaziale longitudinale è stato osservato, in mo- do qualitativo, l’effetto dell’aumento dello spessore di strato ricostruito sulla Point
Spread Function (PSF). La PSF, come sarà discusso più in dettaglio nel preseguo
del capitolo, descrive l’allargamento di una sorgente puntiforme dovuto al siste- ma di imaging e quindi caratterizza la risoluzione spaziale del sistema: maggiore è l’allargamento introdotto e peggiore sarà la risoluzione spaziale.
Utilizzando il modulo CTP528 (figura 3.5.8) contenente una sferetta in tungsteno da 0.28 mm di diametro, sono state acquisite immagini a 320 mA, 120 kV, 0.984 di pitch e tre valori di spessore dello strato (0.625 mm, 1.25 mm e 2.5 mm). Le figure che seguono mostrano il confronto tra le PSF nei tre piani principali (ossia (x,y), (z,x), (y,z)).
a) b) c)
a) b) c)
Figura 4.1.4 PSF nei piani (x,y) a), (z,x) b) e (y,z) c), per immagini ricostruite con spessore di strato di 1.25 mm.
a) b) c)
Figura 4.1.5 PSF nei piani (x,y) a), (z,x) b) e (y,z) c), per immagini ricostruite con spessore di strato di 2.5 mm.
Come atteso, dalle figure (4.1.3)÷(4.1.5), si osserva un progressivo allargamento della PSF lungo l’asse z all’aumentare dello spessore di strato ricostruito.
4.1.1 Efficienza geometrica lungo l’asse “z”
L’efficienza geometrica lungo l’asse z (EG)indica la percentuale del fascio di radia- zione (lungo z) che viene effettivamente utilizzata nel processo di imaging. Quin- di è un parametro che quantifica la bontà del raccordo tra dimensione del fascio e dimensione del rivelatore. Idealmente si vorrebbe un’efficienza geometrica del 100%.
Nella norma IEC 60601-2-44 (Ed. 1, 1999) EGè definita come lo spessore di strato S (ossia FWHM del profilo di sensibilità lungo z) espresso come percentuale dello spessore irradiato, definito come FWHM del profilo di dose:
EG,1999 =
S
FWHMDose
(4.1.1) Lo spessore di strato è misurato come descritto precedentemente, mentre lo spes- sore irradiato può essere misurato in aria tramite un opportuno rivelatore (anche tramite una pellicola). Poiché nel caso di macchine multistrato S può assumere di- versi valori attraverso varie configurazioni dei rivelatori, è necessario eseguire più misure. Inoltre questa definizione confronta due grandezze misurate in condizioni completamente diverse: la misura di S è fatta su fantoccio, mentre la misura del profilo di dose è fatta in aria.
Per superare i limiti della definizione (4.1.1) è stata introdotta nella norma IEC 60601-2-44 (Ed. 2, 2003) una nuova definizione di EG come l’integrale del profi- lo di dose lungo z esteso solamente alla dimensione del rivelatore espresso come percentuale dell’integrale di tutto il profilo di dose:
EG,2003 = ´
rivD(z)dz ´