Tecniche software

Un ulteriore modo per diminuire ulteriormente le dosi di radiazioni al paziente che si sottopone ad esame di TC è adoperare le tecniche di ricostruzione iterativa dell’immagine o tecniche di denoising post-ricostruzione.

Queste tecniche sono in grado di ridurre in modo indiretto le dosi, poiché riescono in fase di post esposizione, ad attenuare l’effetto di degradazione delle immagini dovuto al rumore salvaguardando i dettagli, permettendo quindi di ridurre le dosi.

I vari costruttori come la GE, la Philips Healthcare, Siemens e altre case costruttrici di Scanner TC hanno implementato negli ultimi due decenni varie forme proprietarie di ricostruzione iterativa per TC. Questi moderni software sono una miglioria della normale FBP (Filtration Back Projection)- che ricordiamo che è stata descritta nel secondo capitolo.

A causa del considerevole impatto di questi algoritmi iterativi proprietari sulla pratica clinica, sono stati fatti molti studi (sia su fantocci che retrospettivi su pazienti) per valutarne le potenzialità in termini di riduzione di dose. Compito della Fisica Medica in ambito ospedaliero è ideare e condurre tali studi, con la collaborazione dei radiologi e tecnici sanitari di radiologia medica, nonché analizzarne i risultati e fornire indicazioni operative direttamente spendibili dagli operatori (radiologi) al fine di ottimizzare i protocolli diagnostici.

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I metodi implementati dai construttori sono per lo più metodi ibridi, che riducono in modo iterativo il rumore dell’immagine ottenuta mediante FBP. Essi possono contribuire a ridurre la dose mantenendo una qualità alta delle immagini rispetto ai metodi precedenti.

Esistono invece algoritmi iterativi “puri” basati su modello fisico (denominati complessivamente IMR - Iterative Model Reconstruction o IMBR - Iterative Model-Based Reconstruction, o MBIR – Model-Based Iterative Reconstruction) che riducono più di tutti il rumore e anche gli artefatti, ma sono estremamente lenti nel loro processo e quindi ancora poco diffusi nell’uso clinico. Nel seguito ci riferiremo ad essi con l’acronimo MBIR, anche se alcuni autori usano acronimi differenti, come menzionato sopra, per fare riferimento alla stessa famiglia di algoritmi.

E’ stato dimostrato la MBIR, rispetto a FBP, può raggiungere l’80% di dose di radiazione in meno, con un 80 % di miglioramento della rilevabilità ad alto contrasto ed il 70 % di rumore in meno36. La ricostruzione dell’immagine con la tecnica MBIR (che tiene conto della fisica e della geometria del fascio, rumore e atri parametri) permette una notevole riduzione di rumore e una migliore risoluzione, ma soprattutto permette una riduzione del 90 % di dose 37_.

La TC viene anche molto adoperata per scannerizzazioni nell’ambito addominale, e inoltre negli ultimi decenni il suo uso è stato molto incrementato e la TC contribuisce al 70 % della dose efficace collettiva di cui gli esami da TC all’addome rappresentano circa il 30 %. Per tal motivo si cerca di ridurre la dose usando appunto software di ricostruzione iterativa MBIR38_{. I vari costruttori} implementano tecniche MBIR con nomi commerciali diversi. Ad esempio, l’algoritmo ADMIRE di Siemens Healthineers, adottato nei tomografi SOMATOM, migliora la qualità dell’immagine aumentando la riduzione di dose rispetto ad FBP38.

Tra gli algoritmi ibridi, invece, si annovera ASIR (trademark di GE Healthcare) che invece applica un denoising con preservazione del 2D-edge, riducendo il rumore nei dati di proiezione. L’MBIR , l’ASIR e l’FBP sono stati messi a confronto per vedere il loro potere di riduzione della dose ai pazienti in fase clinica e le immagini prodotte in regime di basse dosi, ricostruite da algoritmi iterativi, quali MBIR, e ASIR sono equivalenti in termini di qualità a quelle ricostruite da FBP acquisite però ad alti livelli di dose39.

Un altro algoritmo ibrido, adottato da Siemens, è SAFIRE. In uno studio di Solomon et al, è stato dimostrato che SAFIRE riesce a ridurre mediamente il rumore del 53 % ± 5 , a fronte di una riduzione di contrasto del 12% ± 4 (1-2 HU) , compensata da un aumento del CNR del 89 % ± 19 rispetto all’FBP39 _{. La cosa più importante è che con SAFIRE si ha la stessa performance di FBP,} sfruttando però solo l’84 % di radiazione di dose utilizzata da FBP.39

La TC viene molto utilizzata da un punto di vista clinico anche nel campo dell’urologia e le dosi di radiazioni per la urografia-TC è 1,5-2 volte maggiore dell’urografia standard, per tal motivo si cercano motivi per ridurre le dosi. Si sono testati a tal proposito degli algoritmi anche in questo campo confrontati con l’ FBP. Usando un MBIR con nome commerciale VEO (GE Healthcare) per una TC urografica per gli studi addominali sugli adulti si è trovato una riduzione media di dose del 75%, mentre uno studio pediatrico ha dimostrato una riduzione media di dose pari al 45% 40.

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Inoltre si è arrivati alla conclusione che usando MBIR per una tipica scansione da TC urografica di 30 cm di copertura della sezione anatomica addominale-pelvica, la dose effettiva viene ridotta da 10,8 mSv usando FBP ad 1,6 mSv con MBIR40_.

In un altro studio su fantocci, Kawashima et al hanno dimostrato che la risoluzione spaziale viene mantenuta rispetto all’FBP utilizzando ADMIRE, e la riduzione di dose è stata stimata del 50 % rispetto al’FBP usando ricostruzione iterativa41_.

Li et al, infine, hanno confrontato le prestazioni del MBIR Veo 3.0 (GE Healthcare) rispetto alla ricostruzione ibrida con ASIR e analitica pura con FBP, dimostrando un netto miglioramento in termini di noise power spectrum con un sostanziale miglioramento nell’imaging clinico riducendo notevolmente le dosi di radiazioni al paziente42.