GEOMETRIA ACQUISIZIONE IMMAGINI TOMOGRAFICHE

In tutte le scansioni tomografiche, è sempre identificabile un asse chiamato asse tomografico.

Questo asse si contrappone all'asse di simmetria del sistema definito dalla connessione tra la sorgente di raggi X e il rivelatore.

Il volume da ricostruire viene solitamente suddiviso in "slice" o fette trasversali perpendicolari all'asse tomografico, ciascuna con uno spessore specifico.

Ogni fetta è ulteriormente suddivisa in voxel utilizzando una griglia cartesiana. Un voxel rappresenta l'elemento di volume a sezione quadrata che compone ogni slice.

Gli algoritmi di ricostruzione lavorano per determinare la posizione di ciascun voxel e stabilire il valore della "densità" che caratterizza il voxel, consentendo di definire la distribuzione di densità nella singola slice.

La ricostruzione matematica può essere complessa, poiché in determinate situazioni il software può dover elaborare decine di milioni di valori per ottenere la terza dimensione.

L'algoritmo di calcolo effettua un impilamento delle singole fette 2D (slice stacking).

È importante notare che ottenere una ricostruzione perfetta da una scansione circolare (rotazione del campione) è teoricamente impossibile, ma la tecnica è comunque adottata poiché il livello di approssimazione raggiunto è significativo ai fini diagnostici.

La risoluzione spaziale dell'immagine sarà influenzata anche dal numero di angoli di proiezione disponibili durante la scansione.

Un maggior numero di angoli di proiezione può contribuire a una maggiore precisione nella ricostruzione tridimensionale dell'oggetto analizzato.

TECNICHE ACQUISIZIONE IMMAGINI

Esistono quattro tecniche fondamentali per l'acquisizione di immagini tomografiche: la TC fan beam (fascio a ventaglio), la TC cone beam (fascio conico), la TC spirale (Helical) e la laminografia.

Ciascuna tecnica presenta caratteristiche e applicazioni specifiche, consentendo di adattare la scansione alle esigenze diagnostiche e ai requisiti dell'oggetto da analizzare.

TC Fan beam - Tomografia con fascio a ventaglio

La tecnica TC Fan beam utilizza un fascio di raggi X a forma di ventaglio che viene rilevato da un detector lineare (Linear Detector Array - LDA).

Durante una rotazione completa dell'oggetto, viene acquisito un singolo strato di sezione chiamato "slice".

Successivamente, una seconda rotazione completa permette di scansionare lo strato successivo.  Questo processo si ripete fino a completare la scansione dell'intera area di interesse.

I sistemi TC Fan beam sono adatti per la scansione ad alta energia di componenti molto grandi e densi.

Tuttavia, a causa dei tempi di scansione elevati, vengono solitamente utilizzati solo per acquisire immagini della regione di interesse anziché dell'intero campione.

La TC Fan beam offre diversi vantaggi, come una migliore focalizzazione dei raggi X sulla regione di interesse e una maggiore penetrazione in componenti densi.

Questo permette di ottenere immagini di alta qualità e di risolvere dettagli specifici.

Questa tecnica è comunemente utilizzata in settori come l'industria e la medicina, dove la precisione e la risoluzione delle immagini tomografiche sono fondamentali per l'analisi e la diagnosi.

CT Cone beam - Tomografria con fascio conico

La tecnica CT Cone beam, o tomografia con fascio conico, è caratterizzata dall'utilizzo di un fascio di raggi X a forma di cono che viene rilevato da un flat panel detector (Digital Detector Array - DDA).

Questa metodologia è particolarmente indicata per l'analisi di oggetti di dimensioni ridotte, come piccoli elementi fusi, componenti elettronici e provini con una densità non elevata.

Solitamente, la CT Cone beam rappresenta una scelta ottimale quando si richiede la generazione di un modello 3D completo dell'oggetto con un buon livello di qualità e tempi di scansione relativamente contenuti.

Con un'unica rotazione completa dell'oggetto, è possibile acquisire un dataset completo in un periodo di tempo relativamente breve, solitamente entro un quarto d'ora o meno.

Questa rapidità di acquisizione è particolarmente vantaggiosa in applicazioni in cui è richiesta una rapida analisi dell'oggetto.

Tuttavia, è importante considerare che la CT Cone beam potrebbe presentare alcune limitazioni in determinate situazioni.

Ad esempio, nel caso di oggetti di dimensioni molto grandi o con una densità elevata, come le superleghe, potrebbero verificarsi degli artefatti nell'immagine.

In tali circostanze, la tecnica CT Fan beam potrebbe rappresentare una scelta più appropriata, in quanto consente di ottenere immagini di migliore qualità concentrandosi sulla regione di interesse specifica.

CT Spirale - Tomografia con fascio a spirale

La tecnica CT Spirale, o tomografia con fascio a spirale, è caratterizzata dalla scansione del campione lungo una traiettoria elicoidale, che combina rotazione e movimento verticale contemporaneamente rispetto alla fonte dei raggi X.

Durante la scansione, un detector DDA misura la radiazione emessa da una porzione del fascio conico proveniente dalla sorgente radiogena.

La CT Spirale offre diversi vantaggi rispetto ad altre tecniche, tra cui la capacità di ridurre al minimo gli artefatti associati al fascio conico e di ottenere dati di migliore qualità.

Questo significa che le immagini risultanti sono più accurate e prive di disturbi indesiderati, consentendo una migliore interpretazione dei dati.

Questa tecnica è particolarmente indicata per la scansione di oggetti con un'altezza elevata, poiché evita il complicato processo di composizione meccanica e digitale delle immagini noto come "stitching".

In pratica, la CT Spirale permette di acquisire dati volumetrici in modo continuo senza dover effettuare scansioni separate e successivamente unire le immagini in un mosaico.

Complessivamente, la CT Spirale rappresenta una soluzione efficace e conveniente per ottenere immagini tridimensionali di alta qualità di oggetti di dimensioni diverse, semplificando il processo di acquisizione e migliorando la resa dei risultati.

Laminografia

La laminografia è una tecnica di scansione che consente di acquisire immagini bidimensionali di una specifica area di interesse di un oggetto, ignorando le regioni sovrastanti e sottostanti.

Questo metodo permette di definire l'altezza desiderata per la sezione di attenzione nella tomografia computerizzata (TC).

La laminografia risulta particolarmente utile quando si devono esaminare campioni di grandi dimensioni che non possono ruotare durante la scansione a causa delle loro dimensioni e della loro conformazione.

A seconda dell'applicazione specifica, è possibile far ruotare il campione stesso o, quando ciò non è possibile, far ruotare la sorgente radiogena e il detector attorno al campione immobile.

Nel caso della laminografia, il fascio conico di raggi X penetra il campione da diversi angoli, consentendo l'acquisizione di immagini che vengono successivamente elaborate in singoli o multipli strati TC.

Questo processo consente di ottenere una visione dettagliata dell'area di interesse specifica, fornendo informazioni approfondite su quella particolare sezione del campione.

In sintesi, la laminografia è una tecnica di scansione mirata che consente di esaminare un'area specifica di un oggetto di grandi dimensioni, fornendo immagini dettagliate e precise di quella sezione specifica.