TECNICHE RICOSTRUZIONE IMMAGINI TOMOGRAFICHE

Grazie all'evoluzione dei calcolatori e allo sviluppo di software sempre più avanzati, è possibile elaborare i dati per generare immagini ricostruite utili all'analisi da diverse prospettive, con la capacità di calcolare distanze e volumi.

Le tecniche di ricostruzione delle immagini comprendono sia approcci bidimensionali che tridimensionali.

I primi sono rappresentati dalla "Riformattazione Multiplanare", mentre i secondi includono tecniche proiettive, di superficie e di volume.

Nella ricostruzione bidimensionale, le immagini vengono generate utilizzando una tecnica prospettica che mappa la densità di ciascun punto nelle tre coordinate.

Questa metodologia consente di sovrapporre la struttura e i difetti, generando un'immagine virtuale che mostra la posizione spaziale della struttura e degli eventuali difetti.

La "Riformattazione Multiplanare" (MPR: Multi Planar Reformatting o Reconstruction) rappresenta il metodo di elaborazione delle immagini più diffuso e semplice, utilizzato da diversi anni.

Consente di creare nuove immagini a partire da una serie di immagini, utilizzando piani diversi rispetto alle slice originali. Di solito, il piano scelto è ortogonale al piano precedente.

Questa tecnica permette di visualizzare in modo significativo, ai fini di una corretta analisi diagnostica, strutture che si sviluppano su piani diversi rispetto all'asse assiale.

È quindi possibile ottenere ricostruzioni secondo piani diversi da quello di acquisizione, consentendo di visualizzare le diverse strutture in specifici piani.

Attraverso l'uso di comandi software, è possibile sezionare l'oggetto a nostra discrezione ed escludere regioni prive di interesse.

Le tecniche di ricostruzione 3D includono proiezioni (Proiezione di Massima Intensità), superfici (Surface Rendering) e volumi (Volume Rendering).

I dati acquisiti possono essere utilizzati per ricostruire immagini secondo altri piani o per ottenere immagini volumetriche.

La creazione di un Dataset TC richiede la ripresa di una serie di immagini radiografiche bidimensionali, di solito con una rotazione completa di 360°.

Un algoritmo di ricostruzione calcola i tomogrammi a partire dalle singole proiezioni ottenute.

I tomogrammi rappresentano "fette" virtuali tridimensionali di un oggetto, in cui ogni livello di grigio rappresenta un valore diverso di densità. I livelli di grigio più chiari indicano materiali più densi, mentre il nero corrisponde al vuoto o all'aria.

Il Dataset bidimensionale è principalmente una sequenza di centinaia o migliaia di tomogrammi.

La procedura che consente di creare un modello tridimensionale realistico dai dati acquisiti è chiamata rendering volumetrico. Questa tecnica consente di ottenere visualizzazioni dettagliate e fotorealistiche della geometria esterna e interna dell'oggetto.

È possibile personalizzare ombre, punti non trasparenti, angolo della telecamera e creare anche video.

Le tecniche proiettive e di superficie, sviluppate inizialmente, sono disponibili da diversi anni. Rispetto alle tecniche bidimensionali, offrono il vantaggio di isolare una struttura dal contesto circostante."

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 tomografia computerizzata (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 suo massimo valore quando l'ingrandimento geometrico è minimo, cioè in prossimità del detector.

In questo caso, la risoluzione dipende principalmente dalle dimensioni fisiche dei singoli pixel del detector.

Tuttavia, il campo di scansione si riduce all'aumentare dell'ingrandimento geometrico, quando il componente si allontana dal detector.

In questa situazione, la risoluzione della scansione aumenta, ma il livello di dettaglio dell'immagine dipende anche dalla dimensione della macchia focale del tubo radiogeno.

Per acquisire oggetti di grandi dimensioni, esistono due possibilità per ampliare il campo di scansione di un sistema (Field of View Extension - FoVE):

Utilizzare il software per ingrandire virtualmente le dimensioni del detector lineare (LDA), anche se l'oggetto non rientra completamente nel campo di scansione (FoV).

Questa procedura, conosciuta come "zoom virtuale", consente di eseguire una ricostruzione estesa dell'oggetto.

Tuttavia, è importante considerare che l'immagine potrebbe risultare leggermente meno nitida a causa dell'espansione del campo di vista virtuale o che i tempi di scansione potrebbero essere prolungati per gestire il maggior numero di dati acquisiti.

Spostare fisicamente il flat-panel detector (DDA) durante la scansione per acquisire proiezioni supplementari.

Questa procedura, chiamata "movimento del detector", permette di acquisire una serie di immagini da diverse angolazioni, aumentando così il campo di scansione effettivo.

Tuttavia, questa modalità richiede tempi di scansione più lunghi e un software in grado di supportare questa funzionalità di acquisizione multiproiezione.

Dal pixel al voxel

Con una scansione TC, ogni pixel proveniente da un singolo immagine radiografica si trasforma in un voxel, che rappresenta l'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.

Ogni voxel corrisponde a un piccolo cubo all'interno del volume ricostruito e contiene informazioni sulla densità del materiale scansionato.

La densità relativa di ogni punto del campo di scansione viene stimata utilizzando un algoritmo di ricostruzione che calcola la media del coefficiente di attenuazione del materiale scansionato.

La ricostruzione tridimensionale del volume consente di visualizzare l'oggetto analizzato da diverse angolazioni e di analizzarne la struttura interna con maggiore dettaglio.

Questo processo di conversione da pixel a voxel è essenziale per l'elaborazione e l'interpretazione delle immagini tridimensionali ottenute mediante tomografia computerizzata.

In conclusione, l'utilizzo di tecniche di ricostruzione e ampliamento del campo di scansione, insieme alla trasformazione dei pixel in voxel, ha consentito lo sviluppo di strumenti di imaging avanzati che offrono una maggiore precisione e dettaglio nella visualizzazione e nell'analisi di oggetti e strutture tridimensionali.

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

 

Una volta generato il volume tridimensionale, è possibile procedere alla definizione della superficie all'interno della scansione TC.

Esistono diversi metodi per definire la superficie di un modello tridimensionale, come il metodo ISO 50%, il valore limite localizzato e molti altri. La scelta del metodo dipende generalmente dalla qualità delle immagini TC e dagli obiettivi specifici dell'analisi.

Una volta definita la superficie, i punti di confine che delimitano le superfici interne ed esterne della scansione, noti come "nuvola di punti", vengono salvati in un file con diversi formati disponibili.

Ad esempio, se la nuvola di punti viene salvata come superficie composta da elementi triangolari, il formato del file potrebbe essere STL (.stl).

Il dataset ottenuto con la definizione della superficie può essere utilizzato da software specifici per eseguire diverse operazioni.

Ad esempio, può essere impiegato per rilevare misure precise o per eseguire reverse engineering, che consiste nel ricreare un modello tridimensionale partendo dai dati acquisiti.

L'utilizzo di software specializzati consente di analizzare in dettaglio la superficie dell'oggetto scansionato, e offre la possibilità di eseguire operazioni di misurazione, manipolazione o elaborazione ulteriore per applicazioni specifiche nel campo industriale, ingegneristico, medico e in molti altri settori.