Tc fan beam (spirale)

La tomografia computerizzata, indicata con l’ acronimo tc, è una tecnica radiologica che sfrutta radiazioni ionizzanti e consente di riprodurre sezioni o strati corporei del paziente (per questo è definita tomografia) ed effettuare elaborazioni tridimensionali; per la produzione delle immagini è necessario l’ intervento di un elaboratore di dati (per questo è definita computerizzata).

Una apparecchiatura tc è costituita da diverse componenti, rappresentate da un sistema di generazione di raggi x, ossia il tubo radiogeno, un sistema di rilevazione ed acquisizione dei dati (tubo radiogeno e sistema di rilevazione, insieme, costituiscono il gantry), un sistema di posizionamento ed avanzamento del paziente, cioè il lettino, ed infine un sistema di elaborazione e visualizzazione dei dati: l' emettitore del fascio di raggi x ruota attorno al paziente ed il rivelatore, al lato opposto, raccoglie l'immagine di una sezione del paziente; il lettino scorre in modo molto preciso all'interno di un tunnel di scansione, presentando a ogni giro una sezione diversa del corpo. Le sequenze di immagini sono elaborate da un computer, che presenta il risultato sul monitor. Tale risultato è costituito da una serie di sezioni non necessariamente contigue di spessore preimpostato: l'insieme delle sezioni ricostruite costituisce i dati inerenti al volume di scansione che

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possono essere ricostruiti. Per ottenere le immagini tomografiche del paziente a partire dai dati "grezzi" della scansione, il computer dedicato alla ricostruzione impiega complessi algoritmi matematici di ricostruzione dell'immagine.

La metodica circolare alla base della tc fu ideata dall’ ingegnere Godfrey Hounsfield e dal fisico Allan Cormack, che per le loro scoperte furono insigniti del premio Nobel per la medicina nel 1979. Negli anni sono state sviluppate diverse generazioni di apparecchiature a partire dalla tc convenzionale:

 Tomografo di I generazione: si basava sull'emissione di un fascio lineare di raggi x emesso da un tubo radiogeno in movimento di traslazione e, successivamente, di parziale rotazione e rilevato da un rilevatore solidale nel movimento. Il tempo di esecuzione di una singola scansione era dell’ ordine di una decina di minuti; per l’ esecuzione di una tc del cranio serviva più di un’ ora;

 Tomografo di II generazione: presentava un fascio di raggi x con una geometria a ventaglio di 20-30° ed era connesso ad un gruppo di 20-30 rilevatori che ruotavano intorno al paziente solidalmente con il tubo radiogeno; per l’ esecuzione di una singola scansione servivano decine di secondi;

 Tomografo di III generazione: impiegava un fascio di raggi x a ventaglio di 30-50º che poteva comprendere tutta la sezione corporea in esame, attraverso centinaia di rilevatori contrapposti, che compiva una rotazione completa attorno al paziente in 1-4 secondi. Nei primi modelli, ad una rotazione ne seguiva un'altra nel senso inverso, in modo che i cavi di alimentazione ritornassero nella posizione di partenza, senza attorcigliarsi. tale metodica obbligava all'acquisizione di un solo strato per volta;

 Tomografo di IV generazione: presentava sensori fissi disposti circolarmente su tutto l'anello del gantry ma è stato abbandonato.

I tomografi moderni derivano da quelli di terza generazione ma hanno una caratteristica fondamentale, quella di acquisire a spirale: nei tomografi a rotazione continua unidirezionale infatti il tubo radiogeno e i rilevatori sono montati su un anello rotante che si alimenta a "contatti striscianti" (slip ring), senza più il problema dei cavi che si attorcigliano. Questa metodica consente l'acquisizione delle immagini in modo continuo: mentre il tavolo che porta il paziente si muove su un piano di scorrimento, i piani di scansione descrivono un'elica attorno al paziente, ottenendo una scansione "a spirale". I

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tomografi spiroidei più comuni compiono una rotazione in più o meno un secondo e consentono un'acquisizione completa di un volume corporeo in 40-60 secondi: questa avviene in un'unica apnea, riducendo gli artefatti di movimento del paziente. I moderni tomografi multistrato possono impiegare anche solo pochi secondi, ottenendo decine di scansioni per ogni singola rotazione. Oltre a questa innovazione abbiamo anche un aumento del numero di file di detettori, che rappresentano lo strato di acquisizione.

La radiologia digitale utilizza una serie di numeri binari, ciascuno dei quali corrisponde al valore di assorbimento dei fotoni in quel punto: questo costituisce l’ elemento più piccolo dell’ immagine digitale, il pixel. L’ insieme dei pixel è detto matrice. Quindi, i detettori sono posizionati su una matrice in cui si trovano tante piccole cellette che assorbono i fotoni e generano un segnale elettrico per ogni punto. sostanzialmente, nella tc l’ immagine viene costruita tramite una procedura matematica (algoritmi di retroproiezione) dall’ insieme dei profili di attenuazione che si ottengono dall’ interazione del fascio di raggi x con i distretti corporei in esame: tutti i profili di attenuazione, cioè la attenuazione che il raggio ha subìto nel passaggio in un preciso punto del corpo umano, vengono registrati dal detettore.

Nella tc l’ unità elementare del volume è il voxel e a ciascun voxel corrisponde un volumetto del corpo del paziente. In quel volumetto sono rappresentati dei tessuti con proprie caratteristiche di attenuazione del fascio radiogeno e l’ attenuazione dipende dal numero atomico degli elementi che si trovano all’ interno del volumetto stesso.

I valori di attenuazione del fascio di raggi x, registrati dal detettore, vengono rapportati al valore di attenuazione dell’ acqua, che, per convenzione, è posto come 0. Tutto ciò che attenua il fascio più dell’ acqua ha un valore positivo, mentre tutto ciò che attenua meno dell’ acqua ha un valore negativo: è possibile ottenere quindi una scala, detta scala di hounsfield, o “scala dei grigi”, che va da -1000 hu (che corrisponde alla densità dell’ aria) a +1000 hu (che corrisponde alla densità dell’ osso compatto). L’ occhio umano, però, è in grado di riconoscere fino a 16 diverse tonalità di grigio, non 2000 come quelle ammesse dalla scala di hounsfield, per cui si applica il principio della finestra e dei livelli, con cui il tutto viene riportato ai 16 livelli di grigio che l’ occhio può riconoscere. (Figura 2.3.)

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Figura 2.3.