Appunti in Tecniche e protocolli della tomografia computerizzata

Tecniche e protocolli TCA

Metà degli anni '50, Hounsfield entra a far parte e finanzia un’agenzia discografica. Negli stessi anni, Cormack si era interessato alla distribuzione di dose causata dai tessuti diversi. Nel 1967, Hounsfield mette a punto il primo tomografo sperimentale. I Beatles sono i fautori dell’affermarsi della TAC grazie alla casa discografica EMI. Prima, la TAC era chiamata EMI MARK. Nel 1971 fu prodotta la prima immagine TAC dell’encefalo. Nel 1972, molti pazienti si sottoposero agli esami tomografici e l’EMI decise di costruire altri cinque nuovi scanner che furono subito acquistati. Nel 1979, premio Nobel.

L’immagine TC ottenuta non presenta problemi di sovrapposizione tipici dell’immagine radiografica; le strutture anatomiche presenti risultano ben visibili. Nell'RX, le strutture attraversate dai raggi risultano sovrapposte mentre nella TC no.

Principi fisici della formazione dell’immagine

Acquisizione: scelta del protocollo e scansione cioè la rotazione solidale tubo-detettore.

Unità di scansione: gantry che può avere un'inclinazione caudo-cranio e viceversa e può oscillare da 1 a 30 gradi. Questi tubi radiogeni hanno alta capacità termica che sopportano alte temperature; dissipazione veloce per rendere sempre il tubo disponibile per scansioni successive. I collimatori, nel detettore a singolo strato, determinano lo strato dello spessore: nei detettori a multistrato, influisce sulla possibilità di scelta dello spessore dello strato. Hanno la funzione di ridurre la radiazione diffusa e colpiscono il paziente solo nella zona di interesse.

I filtri migliorano l’energia media del fascio, eliminando i fotoni a bassa energia. I detettori rilevano il segnale fotonico e lo convertono in segnale elettrico; le sue dimensioni ideali sono la piccola apertura che ci permette di acquisire strati sottili, misurare l’intensità dei raggi in un grande range dinamico, buona efficienza geometrica, tempi di risposta rapidi, risposta lineare. DAS (Data Acquisition System): utilizza il segnale elettrico ottenuto dai fotodiodi per convertirlo in segnale digitale. Il singolo elemento volumetrico del pixel è chiamato VOXEL.

Attenuazione: riduzione di energia che il fascio subisce quando attraversa un oggetto e dipende dalla densità dei tessuti, dall’energia del fascio incidente, dal numero di elementi che compongono il tessuto. Ogni singolo tessuto avrà un proprio coefficiente di assorbimento lineare. I numeri CT vengono creati in base a un coefficiente di attenuazione lineare che è quello dell’acqua. Differenza tra il coefficiente del tessuto meno quello dell’acqua fratto il coefficiente dell’acqua, il tutto moltiplicato per 1000.

• CT acqua 0

I coefficienti scala dei numeri TC e infine scala di grigi per la rappresentazione dell’immagine.

Ampiezza: quanti numeri TC vengono rappresentati in livelli di grigio. Livello: definisce il valore centrale dell’intervallo numerico visualizzato. Finestra ampia significa minor contrasto e viceversa. Modificando la finestra riesco a vedere bene i polmoni e tutto ciò che sta intorno lo vedo bianco; cambiando ancora finestra metto in evidenza le strutture ossee. Finestra adeguata che ci permette di mettere in evidenza le parti anatomiche di interesse.

Parametri di esposizione

Kv, mA e tempo di rotazione:

• Se aumentano i Kv aumentano il numero di fotoni rilevati e quindi minor rumore.
• Se aumento i mA, maggior numero di fotoni rilevati, minor rumore e maggior risoluzione a basso contrasto.
• Tempo di rotazione: tempo che impiega il sistema tubo/detettore a compiere una rotazione a 360 gradi. Se il tempo è breve, allora minori artefatti di movimento, minor dose al paziente e minor surriscaldamento dell’anodo.

Parametri geometrici

Campo di acquisizione, spessore di strato, pitch. Campo di acquisizione (FOV) diametro entro l’apertura del gantry da cui vengono acquisiti i dati poi impiegati per la ricostruzione dell’immagine. Il campo deve essere il più piccolo possibile, in grado di contenere tutta la struttura anatomica.

• Sfov grande = 50 cm per body
• Sfov piccolo = 25 cm per collo, encefalo, arti

La macchina rielabora le immagini e la macchina elabora tutte le densità che rientrano nel diametro scelto. Ricostruzione secondo le dimensioni del paziente. Durante l’analisi, il medico ha un dubbio diagnostico quindi può richiedere una ricostruzione successiva cambiando quindi il FOV scelto per andare a indagare con precisione un altro distretto anatomico.

Spessore di strato: se questo è basso comporta un aumento del rumore perché più è piccolo lo strato, minori saranno i fotoni che rileva e quindi la macchina avrà meno fotoni per ricostruire. Piccolo spessore comporta anche un maggior numero di strati, maggiori tempi di scansione, bassa risoluzione di contrasto e maggiori tempi di ricostruzione. Migliorano le ricostruzioni multiplanari e 3D.

Risoluzione longitudinale: dipende dalle dimensioni del voxel e quindi dallo spessore dello strato. Minore spessore di strato, maggiore risoluzione lungo l'asse z e minore artefatto. Per compensare l’aumento del rumore bisogna aumentare i mA con conseguente maggiore dose al paziente.

Dagli scanner ad acquisizione sequenziale alla TC spirale

Inizialmente si aveva una rotazione, si fermava, si spostava il lettino e successivamente un’altra rotazione e il tempo di acquisizione era davvero alto. Gli slip ring sono una soluzione tecnologica che hanno permesso al sistema tubo/detettori il movimento libero e continuo senza la presenza dei cavi che ne impedisce il movimento.

Pitch: introdotto con la TC spirale; rapporto tra la velocità di avanzamento del lettino per rotazione diviso la collimazione

• Pitch = 1 cioè avanzamento del lettino = collimazione
• Pitch > 1 avanzamento del lettino > della collimazione (eliche le cui spire sono distanziate le une dalle altre)
• Pitch < 1 le eliche si sovrappongono le une alle altre

Con la TC multistrato cambia anche la definizione di pitch e abbiamo: detector pitch e beam pitch che divide nel rapporto per la somma delle ampiezze dei detettori. La dose è strettamente legata al valore di pitch utilizzato, dalla formula: mA per tempo di rotazione diviso il pitch.

Intervallo tra gli strati: distanza tra due punti centrali di due strati adiacenti da non confondere con lo spessore della sezione acquisita. Minor intervallo tra gli strati comporta minor artefatto volume parziale. Nella TC a singola acquisizione è un parametro di acquisizione in cui:

• Avanzamento = spessore sezioni contigue

Nella tecnica sequenziale l’overlapping si ottiene impostando un avanzamento del lettino < dello spessore di strato ma questo porta all’aumento di tempo e di dose. Nella TC multistrato l’overlapping si ottiene impostando un intervallo tra sezioni < dello spessore della sezione ma questo non inficia con la dose.

I pixel ricostruiscono la matrice dell’immagine. Il FOV indica le dimensioni dell’area presa in considerazione dall’algoritmo di ricostruzione per essere rappresentata sull’immagine. Importante è che il FOV comprenda tutta la regione da indagare. Abbiamo scan FOV e il DFOV che è il FOV di visualizzazione. La dimensione del pixel dipende dal rapporto tra DFOV fratto la matrice. Se il DFOV diminuisce, aumenta il numero di pixel che compongono un’area e migliora la capacità di rappresentazione di piccoli dettagli. Collimando a 20 mm avrò l’accoppiamento dei 16 detettori centrali.

Macchia focale: la sua dimensione influenza la risoluzione spaziale. Gli scanner TC sono di solito dotati di due macchie focali utilizzate in modo automatico. La risoluzione spaziale trasversale aumenta al diminuire dell’ampiezza del pixel. Per migliorare la risoluzione spaziale trasversale l’operatore dovrà restringere il FOV.

Come ottengo un voxel uguale in tutte le tre dimensioni dello spazio? Conosco il valore della matrice, conosco il valore del DFOV e trovo il pixel. DFOV= pixel per la matrice; pixel= DFOV fratto matrice.

Algoritmo di ricostruzione

Applicazione di funzioni matematiche complesse alla misura dei dati grezzi acquisiti. Ne esistono di diversi tipi e sono algoritmi che migliorano la risoluzione ad alto contrasto e contrasto a risoluzione a basso contrasto (smooth, soft) e infine algoritmi standard. Posso prendere i dati grezzi e rielaborarli in post processing. Algoritmi di smoothing che migliorano la risoluzione di contrasto e algoritmi di edge enhancement che migliorano la risoluzione spaziale. Per esempio, per evidenziare elementi che hanno poco contrasto rispetto allo sfondo uso quelli di smoothing.

Risoluzione di contrasto: differenza di densità tra due oggetti densitometricamente distinti che può essere rilevata dal sistema. Essa dipende dalla sensibilità del detettore e da altri parametri come la tensione anodica, la corrente del tubo, il rapporto segnale rumore. Uno dei vantaggi della TC multistrato è l’incremento della risoluzione temporale quindi scansioni veloci che consentono riduzioni di artefatti da movimento; è possibile eseguire esami con mezzo di contrasto. Riduzione del rumore nelle immagini. Le tensioni anodiche sono molto alte perché i distretti anatomici sono più estesi. Acquisizione di un elevato numero di immagini e questo permette un post processing più articolato e accurato.

Seconda lezione

L’allestimento TC prevede armadietti per il collocamento dei materiali: accessori TC. Ci sarà un armadio per i farmaci: anestetici, cortisonici per allergie dovute al mezzo di contrasto. Presenza di impianti per rianimazione.

Iniettore

Sistema di iniezione di M.C.D. I parametri che definiscono un iniettore sono:

• Flusso: indica la portata inteso come volume erogato nell’unità di tempo.
• Volume: quantità di volume totale di somministrazione.
• Pressione: forza che la testa dell’iniettore deve applicare nella siringa per spostare il fluido alla portata selezionata. Gli iniettori hanno una pressione limite di 300 pounds su inch.

Riconoscimento attivo del paziente in tutte le metodiche radiologiche. Il paziente di sesso femminile bisogna verificare che non sia in stato di gravidanza; si avvisa il medico nel caso questa lo sia. Verificare la presenza di esami ematochimici e eventuali allergie (diatesia allergica, si chiede se all’ultima TC è andato tutto bene; in caso di allergie dovrà darne informazione prima dell’esame) e esami ematochimici dei reni. Verificare il rispetto del digiuno (lo stomaco deve essere vuoto perché in caso di allergie e conati di vomito, il contenuto gastrico non possa essere aspirato causando problemi). Tranquillizzare il paziente sul tipo di indagine e dare informazioni. Far svestire adeguatamente il paziente e stenderlo sul lettino.

I mezzi di contrasto possono essere per via endovenosa, orale e rettale. Viene somministrato in termini di volume e in funzione del peso del paziente. Esistono modalità iniettive in base al protocollo utilizzato: i flussi maggiori per studi angiografici. Il posizionamento del paziente deve rispettare l’allineamento con il gantry perché produce una miglior qualità dell’immagine soprattutto nei sistemi di modulazione automatica della dose. Filtri bowtie per adattare il fascio di raggi X alla zona da esaminare. La parte centrale più spessa avrà una maggiore attenuazione; i filtri distribuiscono meno fotoni nelle parti periferiche più sottili e di più al centro. Questi filtri possono ridurre del 50% la dose se il paziente è posizionato correttamente. Per una miglior qualità bisogna centrare il paziente all’iso centro del SFOV. Quindi il laser dell’isocentro che si trova lateralmente al paziente prende bene la parte lombare e attraversa anteriormente la colonna toracica.

La modulazione auto di mA si basa sul principio che la modulazione della corrente consente una modulazione del rumore nella scansione TC. La fluenza dei fotoni consente di ridurre il rumore. La corrente al tubo viene modulata secondo l’anatomia del paziente. La modulazione avviene lungo l’asse z cioè il profilo del paziente mentre la modulazione angolare segue x, y. Il sistema utilizza l’informazione ottenuta dalle scout; in base ai dati raccolti da queste proiezioni (sagittale e frontale) modulerà mA erogati tenendo conto delle maggiori o minori densità.

I vantaggi della modulazione auto: l’immagine ha una qualità costante; la dose è ottimizzata, il riscaldamento del tubo è ridotto (i mA non sono al massimo, sono modulati) e riduzione degli artefatti. Questo è vero solo se i sistemi AEC vengono utilizzati correttamente.

Uno dei metodi utilizzati per diminuire la dose in TC spetta alla tensione del tubo ossia ai kV. Il tecnico deve saper gestire questi parametri senza ridurre la qualità dell’immagine. La corretta impostazione dei kV rende il fascio di raggi X prodotto, più sensibile alla struttura atomica dei segmenti corporei utilizzati. Sono stati creati dei software che scelgono automaticamente il valore dei kV dopo delle scout in modo da ottimizzare il rapporto fra qualità dell’immagine e dose finale erogata.

Esistono dei protocolli: large 140 kV, medium 120 kV, e small 100 kV, che si basano sul BMI del paziente. Nei protocolli delle macchine ci sono questi protocolli e se schiaccio medium è impostato 120 kV. Questo sistema ha permesso di ridurre la dose al paziente.

Dopo aver impostato il protocollo bisogna dare delle coordinate; bisogna dare lo zero, ossia suddivido la regione anatomica sul lettino in due parti: una superiore allo zero e una inferiore. Quello che sta sopra (mm) verrà indicato con un + o con s mentre ciò che sta sotto verrà indicato con I o con -. Quando accendo il laser vedo una linea mediana al paziente che divide in destra o sinistra e una linea posizionata all’altezza della colonna lombare che ci dà prova che il lettino sia stato sollevato all’altezza giusta dentro il gantry. Le due linee trasversali all’asse z sono quelli che mi consentono di dare lo 0. Lo 0 lo devo dare in funzione di come ho programmato il protocollo. Paziente supino con ingresso della testa nel gantry, se il paziente entra in modo diverso devo dire alla macchina se è in appoggio sul fianco perché in funzione di ciò che dico alla macchina quando ricostruisce attribuirà le coordinate corrette alle fette. Il gantry non rimane sempre ortogonale al lettino ma può essere inclinato fino a 30 gradi.

Protocolli del cranio

Encefalo: primo distretto anatomico ad essere studiato: indicazioni sono routinarie ossia per lo studio di traumi, lesioni vascolari, tumori e metastasi, ecc. Se non MCD non è richiesta nessuna preparazione, oggetti metallici rimossi perché possono causare artefatti fino a mascherare la regione anatomica. Il paziente viene posizionato supino con la testa nel gantry alloggiata in apposito accessorio di contenzione soprattutto per pazienti non collaboranti.