Lezioni: Appunti di Bioimmagini

Bioimmagini

Perché le immagini sono fondamentali?

Sono gli esami più prescritti nelle cliniche!

Storicamente, la visione è sempre stata importante.

• 1895-1940 → Raggi X, risoluzione spaziale
• 1945-1970 → gamma camera, ultrasuoni (tecnologia bella)
• 1970 → TC, SPECT, PET, risoluzione in ampiezza (nucleare)
• 1980 → RM, DSA, SPIRAL CT, risoluzione temporale
• 2000 → Raggi X digitali, MEG, fMRI

Altri dispositivi di nicchia sono quelli per imaging ottico (microcamera) o imaging a fluorescenza (per studi particolari o in campo operatorio, non per diagnostica).

La "risoluzione spaziale" significa il potere risolutivo, la capacità di vedere piccole fratture. La "risoluzione in ampiezza" riguarda l'immagine digitale (numerica) invece di

Bioimmagini

Perché le immagini sono fondamentali? Sono gli esami più prescritti nelle cliniche! Storicamente, la visione è sempre stata importante.

• 1895 - 1940 → Raggi X, risoluzione spaziale
• 1945 - 1970 → gamma camera, ultrasuoni
• 1970 → TC, SPECT, PET, risoluzione in ampiezza
• 1980 → RM, DSA, SPIRAL CT, risoluzione temporale
• 2000 → Raggi X digitali, MEG, fMRI

Altri dispositivi di nicchia sono quelli per imaging ottico (microcamera) o imaging a fluorescenza (per studi particolari o in campo operatorio, non per diagnostica).

La "risoluzione spaziale" significa il potere risolutivo, la capacità di vedere piccole fratture. La "risoluzione in ampiezza" riguarda l'immagine digitale (numerica) invece di

quella omologica (su supporto fisico, ex carta). Si parla di ampiezza perché l'immagine digitale si basa su una scala di valori numerici che corrispondono a colori e dettagli (dinamica d'ampiezza). Per "risoluzione temporale" si intende il tempo di acquisizione, cioè il numero di immagini registrate al secondo (frame-rate); in alcuni casi è necessaria l'acquisizione veloce!

• Cos'è una bioimmagine? Indipendentemente dal metodo di rappresentazione, sono figure di un distretto anatomico, con le sue caratteristiche fisiologiche. Le bioimmagini si differenziano per vari dettagli, ad esempio:

• la funzione
• la scala (macroscopica o microscopica)
• la tecnica usata per la registrazione
• morfologia o funzionalità

Invasività, riferita alla forma energetica e alla quantità di energia scambiata col paziente (e potenzialmente dannosa, come i raggi X). Non necessariamente all'ingresso nelle cavità o orifizi.

L'immagine è solito classificare proprio per la tecnica di acquisizione (radiografie, immagini TAC, ecografie, RM)

• Si possono classificare quindi:

IN BASE ALLA FUNZIONE —> Morfologiche, funzionali.

IN BASE ALL'USO CLINICO —> Analisi strutturale, diagnostica, analisi di patologie (cause) o monitoraggio e terapia

IN BASE ALLE CARATTERISTICHE —> Invasività della tecnica, uso del mezzo di contrasto, radiazioni ionizzanti o non ionizzanti. Cos'è una radiazione ionizzante? Crea una ionizzazione della materia, è

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una forma di energia che interagisce (composti atomici) col tessuto umano creando ioni dove normalmente non ci sono (spesso elevata energia). Ad esempio RX! Invece la RM interagisce con la materia, ma non la ionizza.

È più invasivo quindi un esame che usa radiazioni ionizzanti! Il mezzo di contrasto è diverso a base del dispositivo.

Come si genera la bioimmagine? Sfrutta sempre l'interazione dell'energia con i tessuti. Bisogna sempre fornire energia, in modo da generare l'immagine. Bisogna quindi “catturare” l'interazione di energia con la materia.

ASSORBIMENTO, raggi X, TAC, sfrutta l’assorbimento di alcuni tessuti maggiore rispetto ad altri.

RIFLESSIONE, metrouomografia. L'energia torna indietro!

DIFFUSIONE, SPECT, PET, sfrutta la diffusione.

(valutare la qualità)

• Parametri fisici dell'immagine:

CONTRASTO, è la variazione relativa del valore assunto dai pixel di una zona dell'immagine rispetto allo sfondo: ovvero se vogliamo vedere un oggetto su uno sfondo, vogliamo che il colore sia molto diverso (alto contrasto!). Supponiamo di avere un'immagine in valori numerici. Se immagine e sfondo hanno lo stesso valore numerico, sono indistinguibili! I numeri che vengono usati per caratterizzare l'immagine digitale, sono INTERI; in una scala di grigi, i valori estremi sono BIANCO e NERO, con nero = 0 (intero più basso)

e bianco che dipende dalla dinamica (numero di bit a disposizione).

Se avessimo 1 byte = 8 bit, il bianco avrebbe 2ⁿ = 2⁸ = 256, ovvero abbiamo 256 livelli di grigio (sulla scala mono-cromatica). Se volessimo il negativo, basta ribaltare i valori della scala.

Per misurare il contrasto, supponiamo che lo sfondo (s) sia uniforme, e ci sia un oggetto (a). Il contrasto è la differenza tra v