Appunti di Diagnostica per Immagini e Radioterapia

TAC

possono anche vedere immagini lungo gli altri piani, grazie alle nuove generazioni di

apparecchiature che nel tempo sono state sempre migliorate. Inizialmente esisteva un intervallo tra

una scansione ed un’altra e lo spessore della fetta acquisita non era molto sottile, ora invece grazie

all’evoluzione delle apparecchiature si raggiunge uno spessore della fetta inferiore al millimetro e

con un’acquisizione continua senza intervalli che permette di coprire completamente il distretto

corporeo da analizzare. La tecnologia della TAC multistrato, inoltre, prevede l’acquisizione di più

strati completamente grazie alla geometria del sistema di detettori che contiene più serie di

detettori affiancati tra di loro, ciascuna delle quali acquisisce uno strato adiacente. Anche in questo

caso la tecnologia ha permesso l’aumento di questi strati, da 4 a 8 a 16 a 32 a 64 a 128 a 256. Il

vantaggio è avere una collimazione del fascio sempre più fine, quindi avere delle immagini di strati

submillimetrici, con una copertura di volumi più ampi.

Questo è uno schema che può rendere l’idea del funzionamento, ciascun colore corrisponde ad una

serie di detettori, in questo caso ce ne sono 4. Il sistema di detettori, insieme al tubo radiogeno dal

lato opposto, si muove a formare una spirale attorno al corpo, in modo da acquisire tutto il volume

di interesse. Grazie a questo sistema l’acquisizione è molto rapida in modo da diminuire il più

possibile il tempo di esposizione alle radiazioni e per consentire l’acquisizione durante un’apnea

respiratoria (trattenere il respiro) per evitare movimenti. Inoltre, l’acquisizione a spirale permette,

come detto, di coprire l’intero volume senza intervalli temporali o spaziali.

Tutti i dati vengono acquisiti dal computer e digitalizzati per essere salvati in memoria. In memoria

quindi ci saranno tutti dati numerici, successivamente l’elaboratore elabora questi dati per

ricostruire le immagini. 74

TAC

La strumentazione è fatta a forma di anello per accogliere il paziente. All’interno dell’anello abbiamo

il tubo radiogeno che genera il fascio di raggi X e che si muove in maniera sincrona al sistema di

rivelatori in posizione opposta. Quindi il fascio interagisce col corpo da tutte le possibili angolazioni

e va ad essere rilevato e registrato sul sistema di detettori in base a quanto è stato attenuato.

L’attenuazione è ovviamente dovuta al tipo di tessuto attraversato dal fascio ma anche dal suo

spessore, qui ritorna l’importanza della linearità dell’attenuazione quantificata dal coefficiente di

attenuazione lineare. L’immagine elaborata riporta in scala di grigio i valori di attenuazione e

consente di individuare i vari tessuti e organi.

I mezzi di contrasto sono sostanze che si distribuiscono nel corpo e che aumentano localmente la

densità e quindi possono essere rilevati facilmente nell’immagine.

La scala di grigio nell’immagine è legata alla densità delle strutture che è connessa al coefficiente di

attenuazione lineare, a sua volta dovuto al numero atomico delle sostanze che lo compongono: un

numero atomico più elevato fa aumentare il coefficiente di attenuazione. Una struttura iperdensa

viene rappresentata come bianca nell’immagine. Ad esempio, le strutture ossee sono ricche di calcio

e quindi sono iperdense e vengono rappresentate come bianche nelle immagini TAC. Il mezzo di

contrasto è anch’esso iperdenso perché contiene iodio il quale, al pari del calcio, ha un elevato

numero atomico e quindi un elevato coefficiente di attenuazione.

Abbiamo detto precedentemente che il fascio di raggi X deve incidere perpendicolarmente alle

strutture, questo è importante perché in questo modo si minimizza la radiazione diffusa (cioè che

viene deviata in altre direzioni) che è dannosa per la risoluzione dell’immagine finale.

Il gantry è l’anello che, come detto, contiene il tubo radiogeno e il sistema di rilevazione in posizioni

opposte. C’è poi la console di controllo dove c’è un computer per il controllo dei parametri di

acquisizione, poi un computer di elaborazione per la ricostruzione delle immagini, e infine i sistemi

di visualizzazione. Un altro elemento importante che si trova all’interno del gantry è il sistema di

collimazione, esso consente al sistema di rilevazione di prendere solo i raggi X perpendicolari e di

ridurre quindi al minimo la radiazione diffusa.

Il tubo radiogeno genera il fascio di raggi X, che è monocromatico, cioè sinusoidale ad un’unica

frequenza e quindi unica energia.

Il sistema di detettori è contrapposto al tubo radiogeno. I detettori sono in grado di trasformare le

radiazioni X in energia elettrica che poi può essere misurata e digitalizzata, cioè trasformata in

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numero per essere salvata e poi elaborata dall’elaboratore. I detettori possono essere di tipo

gassoso o di tipo solido.

Il paziente è posto all’interno del gantry, in particolare il distretto da analizzare è posizionato

perfettamente al centro grazie ad un sistema di puntamento laser.

Il sistema tubo radiogeno – detettori ruotando acquisisce i profili di attenuazione da tutti i possibili

punti di vista, cioè da diversi gradi di angolazione. Il sistema è circolare e in questo modo i raggi

incidono sempre perpendicolarmente (o a meno di un piccolo angolo) sul corpo. I profili di

attenuazione acquisiti dalle diverse angolazioni sono digitalizzati dal computer e quindi salvate in

forma di numeri. Successivamente l’elaboratore tramite algoritmi matematici può ricostruire le

immagini. Le immagini sono in scala di grigio, quindi le diverse gradazioni che vanno dal bianco al

nero corrispondono a diverse densità dei tessuti. Lo spessore delle diverse “fette” rappresentate da

diverse immagini, è legato alla collimazione del fascio è può essere modulato, cioè regolato,

variando i parametri di acquisizione. Un parametro è l’avanzamento del lettino perché di solito il

gantry è fermo e il lettino avanza per effettuare l’acquisizione a spirale. In base a come si muove il

lettino ci sarà un diverso spessore della fetta. Un altro parametro è l’intensità del fascio di raggi X,

se viene aumentato si aumenta l’esposizione ma si aumenta anche il contrasto nelle immagini. Esso

viene modificato aumentando il milliamperaggio del tubo.

4.2. Immagine Digitale

A livello dell’elaboratore elettronico ogni fetta, quindi ogni immagine, è una matrice di numeri che

viene archiviata. L’unità fondamentale della matrice, essendo bidimensionale, è il pixel. Ma

naturalmente ogni fetta ha un suo spessore, quindi diventa un’unità tridimensionale detta voxel. Il

numero associato a ciascun voxel è detto numero TC e ha come unità di misura l’Hounsfield.

La matrice può avere dimensioni variabili, nel senso che il numero di quadratini che la compone può

essere diverso, da 320x320 fino a 1024x1024. Ogni unità elementare non può corrispondere ad un

punto dello spazio infinitamente piccolo, essa rappresenta la media di un volume più o meno grande

del distretto analizzato. Quindi il numero associato al quadratino nella matrice è la media dei

coefficienti di attenuazione dei tessuti contenuti in quel piccolo volumetto. Quindi c’è un certo

livello di approssimazione. Analizzando una stessa fetta, con pari superficie, se utilizziamo un

numero minore di unità fondamentali allora la dimensione corrispondente ad ogni voxel è maggiore

e quindi il livello di approssimazione è peggiore. Più aumenta il numero di unità elementari minore

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TAC

è il volume rappresentato dal singolo voxel e quindi la media è effettuata su un numero minore di

punti con un miglioramento dell’approssimazione. In termine di risoluzione spaziale sarà meglio

utilizzare una matrice 1024x1024 piuttosto che 320x320.

Anche lo spessore della fetta gioca un ruolo importante nella risoluzione spaziale. Più è grande lo

spessore maggiore sarà il volume del voxel e quindi ad esso sarà associato il numero che è la media

dei coefficienti di attenuazione dei punti appartenenti al corrispondente volume nello spazio che

risulta essere più grandi. Quindi per lo stesso ragionamento precedente c’è una maggiore

approssimazione. Quindi, piuttosto che scegliere una voxel con forma di parallelepipedo (a sinistra),

in cui l’altezza è maggiore dei lati della base, è meglio lavorare con un voxel cubico (a destra)

isotropico cioè con tutte le dimensioni uguali.

Quindi il livello di approssimazione si migliora riducendo lo spessore della fetta. Inoltre così facendo

si riduce l’artefatto da volume parziale. Questo artefatto si presenta nel momento in cui il voxel a

cui è associato il numero TC è rappresentativo di un volume del corpo che contiene due diverse

strutture. L’artefatto è dovuto al fatto che in questo volume le due strutture non vengono distinte

perché gli verrà associato un valore medio di attenuazione che costituisce il numero TC del voxel.

(Mostra un’immagine di artefatto di volume parziale in TC) Vediamo un’immagine del parenchima

epatico dove è presente una lesione. Alcuni voxel si presentano gialli nell’immagine perché sono

una media di rosso (colore della lesione) e verde (colore del parenchima sano) e quindi questo è un

artefatto. Riducendo il volume del voxel ovviamente ci sarà un volume più piccolo su cui mediare il

coefficiente di attenuazione e quindi si riduce l’incidenza di questo tipo di artefatto.

Torniamo al numero TC che come detto si misura in unità di Hounsfield. La scala di Hounsfield

quantifica la densità delle strutture, nel grafico seguente sono indicati i valori della densità dei

diversi tessuti corporei in unità Hounsfield. 77

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I valori dei numeri TC di ogni voxel fanno riferimento a questa scala e vengono poi rappresentati in

scala di grigio. L’acqua corrisponde al valore 0. Tra -100 e 100, quindi in un range di 200 valori, sono

racchiusi i principali tessuti che si trovano nel corpo. Se vediamo l’aria, che è presente nei polmoni,

arriviamo a valori di -1000, mentre se andiamo sull’osso si arriva a valori positivi superiori a 100.

Siccome in termini di percezione visiva l’occhio umano può vedere non oltre 256 gradazioni di grigio,

normalmente in un’immagine si seleziona la finestra o range delle intensità di grigio che possiamo

visualizzare. Quindi se si sta effettuando una TC del torace e si ha interesse a vedere il parenchima