POST ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI TOMOGRAFICHE

Ricostruzione tomografica

Il cuore di un tomografo è costituito dall’algoritmo di ricostruzione.

Questo algoritmo infatti consente di passare dall’informazione contenuta nelle proiezioni digitali 2D alla distribuzione dei coefficienti di densità dell’oggetto.

La complessità dell’algoritmo esige una elevata potenza di calcolo e fa dunque riferimento ad un calcolatore commerciale con elevate prestazioni; la potenza del calcolatore determina infatti il tempo impiegato a produrre il risultato finale. L’output opportunamente condizionato può essere visualizzato dal modulo di analisi e visualizzazione.

Elaborazioni delle immagini

L’immagine radiografica è, di fatto, una rappresentazione in pianta dell’oggetto; pertanto non è possibile estrarre da essa nessuna indicazione in termini di profondità, a meno di non ricorrere a tecniche basate su due o più proiezioni, come abbiamo visto.

Nella radiografia medicale, l’esigenza di disporre della posizione della indicazione lungo la terza coordinata ha portato ad una tecnica, nota come Stratigrafia, che consentiva di rappresentare un solo strato del corpo, sfruttando principi di geometria proiettiva, con la rotazione o pendolazione del tubo radiogeno tutti i piani al di sopra o al di sotto di quello di interesse vengono esclusi.

Possiamo ritenere la tomografia lo sviluppo naturale della stratigrafia; essa consente di riprodurre non solo strati ma anche sezioni dell’oggetto ed effettuare elaborazioni tridimensionali (3D).

Elaborazioni delle immagini

La visualizzazione dei dati è possibile attraverso un apposito modulo in grado di fornire una rappresentazione grafica dei diversi valori di densità ottenuti con la ricostruzione assiale.

Abbiamo visto che è possibile ispezionare internamente l’oggetto mediante una tecnica Multi Planar Reformatting (MPR) che mette a disposizione tagli ortogonali in modo da avere non solo sezioni assiali ma anche trasversali.

Sono attivati meccanismi di interazione con l’utente specifici per rendere più agevole la navigazione all’interno della matrice tridimensionale; è possibile sempre salvare ogni immagine visualizzata.

 

GUI (Graphic User Interface)

È l’applicazione principale da cui accedere alle singole funzioni del tomografo. È caratterizzata da un design grafico ben definito e realizzata tenendo ben presenti le regole base di ergonomia e usabilità del software.

Caratteristiche e qualità d’immagine

                  

La qualità complessiva dell’immagine tomografica dipende da diversi fattori quali: la dose, il numero di misure di attenuazione raccolte, il livello degli algoritmi di ricostruzione utilizzati, le dimensioni della matrice e l'efficacia della procedura in essere per la limitazione degli artefatti.

Un’immagine TC consente una migliore discriminazione di densità rispetto ad una immagine RX (differenza di densità rilevabile 0.3%) ma a scapito di una minore risoluzione.

La discriminazione tra zone adiacenti con contrasto limitato (differenze di attenuazione contenute) può migliorare aumentando la dose e quindi riducendo il rumore sull’immagine; il risultato è un aumento della risoluzione spaziale.

Anche la scelta del filtro condiziona la ricostruzione dell’immagine dato che influenza sia la risoluzione che la discriminazione delle variazioni di densità.

Rumore

Anche le immagini TC, come tutte quelle prodotte sfruttando altre tecniche, sono affette da rumore.

Il rumore d’immagine, determinato dall’oscillazione dei valori di TC acquisiti in determinati punti (dopo la fase di elaborazione), è valutato in termini di scostamento rispetto ad un valore medio o nominale.

Abbiamo visto che il rumore può presentarsi nell’immagine TC anche in un’altra forma, quella nota come rumore strutturale o artefatti.

A rigore, il rumore dovrebbe essere misurato a partire da una serie di scansioni di un determinato oggetto, sempre nelle medesime condizioni.

Tuttavia, un approccio più pratico consiste nell’esprimere il rumore in termini di deviazione standard normalizzata relativa ad un insieme di numeri TC misurati al centro di un’immagine di un oggetto omogeneo (il numero TC è il valore assunto da ciascun voxel).

Questa misura di varianza del campione include il contributo di altri fattori in aggiunta al rumore casuale o quantico, quali il rumore elettronico o il rumore strutturale.

 

Risoluzione spaziale

La risoluzione spaziale nel piano dell’immagine tomografica descrive la capacità di distinguere piccoli dettagli ad alto contrasto; può essere determinata sia soggettivamente che quantitativamente.

In modo soggettivo osservando l’immagine di una serie regolare di barre ad alta risoluzione, oppure quantitativamente direttamente dalla (PSF) Point Spread Function  o (ESF) Edge Spread Function  dalle quali è possibile risalire alla curva MTF applicando algoritmi matematici.

 

Artefatti

Le immagini TC possono presentare artefatti, cioè discrepanze sistematiche tra i numeri TC dell’immagine ricostruita ed i coefficienti di attenuazione reali dell’oggetto esaminato.

 

La presenza di artefatti può avere origine diverse quali:

• Indurimento del fascio (beam hardening) - Lo spettro di energia di un fascio di raggi X varia nel l’attraversare diversi strati di materia, dato che i fotoni di bassa energia sono assorbiti in percentuale maggiore e l’energia media del fascio aumenta con l’aumentare dello strato attraversato.  L’indurimento del fascio viene interpretato dal tomografo come una minor attenuazione e quindi, di fatto, come una minore densità dell’oggetto in esame.

• Volume parziale - Se in un voxel sono compresi mezzi con densità diversa, il valore del punto associato è proporzionale alla media pesata dei coefficienti di attenuazione dei singoli oggetti, con conseguente sotto o sovra-stima del valore associato.

• Photon starvation - In corrispondenza di strutture ad elevata attenuazione, è possibile che, in particolari posizioni angolari del tubo, un numero insufficiente di fotoni raggiunga i rivelatori, dando luogo a proiezioni più rumorose; la ricostruzione amplifica ulteriormente il rumore fino a lasciarne tracce evidenti sull’immagine.

• Sottocampionamento - Un numero insufficiente di fotoni emessi o un ridotto numero di proiezioni acquisite durante una rotazione produce artefatti a strisce che irradiano dai bordi di strutture dense.