TECNICHE RICOSTRUZIONE IMMAGINI TOMOGRAFICHE

L’evoluzione dei calcolatori in termini di potenza di calcolo e lo sviluppo di software sempre più articolati e diversificati, hanno consentito di elaborale i dati per generare immagini ricostruite orientate all’analisi secondo piani diversi, con possibilità di calcolare distanze e volumi.

La ricostruzione delle immagini è affidata a tecniche bidimensionali e tridimensionali; le prime sono rappresentate dalla “Riformattazione Multi Planare", le seconde sono essenzialmente tecniche proiettive, di superficie e di volume. Nella ricostruzione bidimensionale, l’immagine è generata attraverso una tecnica prospettica con mappatura della densità di ogni singolo punto nelle tre coordinate.

La struttura ed i difetti possono sovrapporsi, generando un’immagine virtuale con la posizione spaziale della struttura e degli eventuali difetti.

La Riformattazione Multiplanare ( MPR: Multi Planar Reformatting o Reconstruction ) , la più semplice e diffusa modalità di elaborazione di immagini, disponibile ormai da diversi anni, consente di creare nuove immagini a partire da una “pila” di immagini, secondo piani diversi da quello caratteristico delle slice originali (in generale il piano prescelto è ortogonale al precedente).

Questa tecnica consente così di visualizzare nel modo più significativo, ai fini di una corretta analisi diagnostica, strutture che si sviluppano su piani diversi da quello assiale; è pertanto possibile ottenere ricostruzioni secondo piani differenti da quello di acquisizione, in particolare è possibile visualizzare le diverse strutture anche su piani specifici.

Per mezzo di comandi software è quindi possibile sezionare l’oggetto a nostra discrezione ed escludere le regioni prive di interesse.

Le tecniche di ricostruzione 3D, sono quelle proiettive (Proiezione di Massima Intensità), di superficie (Surface rendering) e di volume (Volume rendering). I dati acquisiti possono essere utilizzati per ricostruire immagini secondo altri piani o per ricostruire immagini di volume.

Per generare un Dataset TC è necessario effettuare la ripresa di una serie di immagini radioscopiche bidimensionali, solitamente su una rotazione completa a 360°. Un algoritmo di ricostruzione calcola i tomogrammi partendo dalle singole proiezioni ottenute.

I tomogrammi sono "fette" 3D virtuali di un oggetto tridimensionale, nelle quali ogni livello di grigio rappresenta un valore diverso della densità. Tanto più chiaro è il livello di grigio, tanto più denso è il materiale dell‘oggetto. Il nero corrisponde al vuoto o all‘aria.

Il Dataset bidimensionale è principalmente una sequenza di centinaia o migliaia di tomogrammi. La procedura che permette di realizzare dai dati ottenuti un modello tridimensionale realistico è il cosiddetto rendering volumetrico, grazie al quale sono possibili visualizzazioni dettagliate e fotorealistiche della geometria esterna e interna dell’oggetto. Volendo, si possono anche adeguare ombre, punti non trasparenti e angolo della telecamera, o realizzare video.

Le tecniche proiettive e di superficie, le prime ad essere sviluppate, sono ormai disponibili da diversi anni.

Rispetto alle tecniche bidimensionali, hanno il vantaggio di consentire l’isolamento di una struttura dal contesto generale mediante una tecnica nota come segmentazione, una procedura manuale o automatica che consente di rimuovere dall’immagine le strutture prive di interesse.

Campo di scansione normale (FoV) ed esteso (FoVE)

  

Il campo di scansione (Field of View - FoV) di una TC determina la porzione di volume dell’oggetto che può essere acquisita come immagine dal detector durante una scansione.

Il campo di scansione raggiunge il valore massimo quando l’ingrandimento geometrico è minimo, cioè in prossimità del detector.

La risoluzione, in questo caso, dipende sostanzialmente dalle dimensioni fisiche del singolo pixel del detector. Il campo di scansione, invece, si riduce all‘aumentare dell‘ingrandimento geometrico, quando cioè il componente si allontana dal detector.

In questo caso la risoluzione della scansione aumenta, sebbene il livello di dettaglio dell’immagine dipenda anche dalla dimensione della macchia focale del tubo radiogeno.

 

Per l’acquisizione di oggetti di grandi dimensioni, si hanno due possibilità per ampliare il campo di scansione di un sistema (Field of View Extension - FoVE):

Dal pixel al voxel

Con una scansione TC, ogni pixel proveniente da una singola immagine radioscopica si trasforma in un voxel, unità fondamentale del volume 3D generato.

Il pixel è l’elemento base di un’immagine bidimensionale, mentre il voxel è l’elemento fondamentale di un volume tridimensionale.

ll volume ricostruito è cioè discretizzato in voxels, cui è associata una stima della densità relativa in ogni punto del campo di scansione, grazie ad un algoritmo di ricostruzione che ricava la media del coefficiente di attenuazione del materiale scansionato.

Durata di una scansione TC

È possibile calcolare la durata di scansione di un provino mediante la formula sotto riportata.

 

 (Numero di proiezioni) x (Tempo di esposizione) x (Numero di fotogrammi integrati) x (Numero di strati)

Determinazione della superficie

 

Non appena il volume tridimensionale è stato generato, è possibile definire una superficie nel volume TC.

I metodi per definire la superficie di un modello tridimensionale sono svariati, come il metodo ISO 50%, il valore limite localizzato e molti altri, generalmente scelti in funzione della qualità delle immagini TC.

Dopo aver determinato la superficie, i punti di frontiera che delimitano le superfici interne ed esterne della scansione, detti “nuvola di punti”, sono salvati in un file che può avere diversi formati. Ad esempio, la nuvola di punti salvata come superficie di elementi triangolari genera un file STL (.stl).

Il Dataset ottenuto può essere utilizzato da software specifici per rilevare misure o operare reverse engineering.