Valutazione della qualità delle immagini e della dose in multi-slice computed tomography per l'ottimizzazione dei protocolli clinici che impiegano sistemi di modulazione automatica

In questo studio ci siamo proposti di investigare i sistemi di modulazione automatica della dose sui sistemi TC Multislice (Automatic Exposure Control – AEC) da tre diversi produttori, aventi differenti indicatori di qualità delle immagini. Il presente lavoro è stato svolto presso il Servizio di Fisica Sanitaria dell’Azienda Ospedaliera Universitaria - Policlinico Sant’Orsola-Malpighi di Bologna e consiste in un’analisi quantitativa della dose impiegata durante esami di Tomografia Computerizzata Multi-Slice (TCMS) e delle rispettive immagini radiologiche. Le immagini sono state acquisite con : GE LightSpeed VCT 64 e GE LightSpeed 16 (AEC AutomA 3D longitudinale e angolare), Siemens Sensation 16 (AEC CARE Dose 4D combinato), Philips Brilliance 16 e iCT 64 (separati in AEC ZDOM longitudinale e AEC DDOM angolare). Le acquisizioni TCMS sono state effettuate a differenti kV e mA di riferimento, al fine di investigarne gli effetti sulla modulazione, impiegando algoritmi di ricostruzione standard presenti su ogni macchina. Due fantocci antropomorfi simulanti la zona del torace e dell’addome sono stati utilizzati per simulare un paziente standard posizionato come in un esame clinico di routine ; a questo proposito, sono stati impiegati protocolli elicoidali standard con e senza modulazione. Sono inoltre stati testati differenti valori di indice di qualità delle immagini. Il profilo dei mA lungo la lunghezza è stato ottenuto utilizzando ImageJ, un programma open source comunemente utilizzato per l’elaborazione di immagini; i mAs sono stati normalizzati ad un fattore che tiene conto delle differenti geometrie e delle filtrazioni dei diversi scanner tomografici analizzati nell’esperienza. Il rumore è stato valutato tramite la scelta di determinate ROI (Region Of Interest) localizzate in aree il più possibili uniformi disponibili lungo i fantocci. Abbiamo registrato che una variazione del Noise Index o dei mAs di riferimento a seconda della tipologia di macchina analizzata risulta in uno shift dei profili di dose; lo stesso si è verificato quando sono stati cambiato kV o mA nella scout di acquisizione. Sistemi AEC longitudinali e combinati hanno mostrato profili di mAs normalizzati simili tra loro, con valori elevati evidenziati nella zona delle spalle e zona pelvi; sono state osservate differenze del 30-40% tra i differenti scanner tomografici. Solo in un caso di macchina analizzata si è verificato un comportamento opposto rispetto alle altre due tipologie di macchina in esame. A dispetto della differente natura dei sistemi AEC, i risultati ottenuti dai protocolli combinati e longitudinali sono simili tra loro. Il rumore presente nelle immagini è aumentato ad un livello accettabile e la sua uniformità lungo la direzione di scan è migliorata.

Accrescimento di Chamelea gallina (Linneo, 1758) in Adriatico

La vongola Chamelea gallina è un mollusco appartenente alla famiglia Veneridae avente un'ampia distribuzione nel Mediterraneo. L’animale vive su fondali sabbiosi o sabbiosi – fangosi, con distribuzione aggregata, in prossimità della costa, a bassa profondità da 0 a 15metri. Nel presente studio è stata stimata sia la biomassa di Chamelea gallina espressa in kg/mq che la distribuzione di taglia, per valutare l’accrescimento della specie. L’accrescimento della vongola, così come per altre specie fossorie è influenzato da fattori biotici e abiotici, come la temperatura, lo stato trofico delle acque, la natura dei sedimenti ed infine la densità. Lo scopo di questa tesi è stato quello di monitorare l’attività di pesca delle vongole nel Compartimento di Rimini e raccogliere gli elementi conoscitivi esistenti a fine di ottimizzare la gestione della risorsa. A tal fine sono state realizzate a Rimini due campagne di pesca nel mese di Luglio e Dicembre 2014, utilizzando una draga idraulica di tipo commerciale conforme agli standard previsti dalla legge. Il campionamento è stato effettuato su 9 transetti perpendicolari alla costa con stazioni a 0,25-0,50-0,75 e proseguendo 1 Miglio qualora nei campioni vi sia ancora la presenza di vongole. A fine di valutare la frazione di individui con taglia inferiore a quella commerciale (25mm), all’interno della draga è stato posto un retino campionatore. Il materiale contenuto nella draga è stato selezionato al vibro-vaglio installato a bordo, attrezzato con griglie aventi fori del diametro di 19mm di apertura. Tutte le vongole trattenute dal vaglio sono state analizzate per ottenere una distribuzione di taglia. I risultati acquisiti nel corso della presente indagine hanno evidenziato una generale situazione di sofferenza per la taglia commerciale. In particolare sono state catturate molte vongole della prima maturità sessuale (14mm). Tutto ciò potrebbe essere proprio un’indicazione di banco in ricostituzione e ripresa dopo una situazione di crisi. Per quanto riguarda le forme giovanili i risultati ottenuti dalle due campagne di pesca indicano una notevole differenza di densità dei banchi di Chamelea gallina. Tali risultati sono stati ottenuti con il software ImageJ, il quale è in grado di rilevare la larghezza massima delle singole vongole. Infine sono stati registrati i valori di biomassa espressi in kg/mq, evidenziando una discreta oscillazione di valori tra le stazioni campionate. Infatti in entrambi i campionamenti le stazioni situate all’ interno degli strati più costieri presentano nella maggior parte dei casi valori, sia in biomassa che in numero, maggiori rispetto a quelle di largo. Concludendo, l’insieme dei dati raccolti ha evidenziato la necessità di urgenti misure di controllo e regolamentazione della risorsa, dei parametri eco-ambientali e della pesca esercitata, al fine di acquisire quelle informazioni utili per avviare un corretto piano di gestione della risorsa.

Caratterizzazione dosimetrica e di qualità immagine del tomografo Philips Brilliance ICT 256-slice

In questo lavoro, svolto presso l'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (I.R.S.T.) (I.R.C.C.S) di Meldola, si sono studiate le caratteristiche di un tomografo Philips Brilliance iCT 256 strati, con l'obiettivo di individuare le variazioni di qualità delle immagini e di dose in funzione dei parametri di acquisizione dello strumento, al fine di una successiva ottimizzazione dei protocolli degli esami tomografici. Le valutazioni sono state fatte sul tomografo multistrato Philips mediante uso di diversi fantocci e dosimetri, seguendo le linee guida della pubblicazione per il controllo di qualità in tomografia computerizzata dell'International Atomic Energy Agency (IAEA). Si è utilizzato il fantoccio Catphan per la caratterizzazione della qualità dell'immagine, acquisendo immagini sia in modalità assiale che spirale e variando parametri di acquisizione quali spessore di strato, kV, mAs e pitch. Per le varie combinazioni di questi parametri sono state misurate, mediante l'utilizzo dei software ImageJ ed ImageOwl, grandezze oggettive quali risoluzione spaziale, risoluzione a basso contrasto e rumore dell'immagine acquisita. Due fantocci di polimetilmetacrilato (PMMA) head e body sono serviti, insieme ad una camera a ionizzazione di tipo pencil, per la misura di indici di dose per la tomografia computerizzata (CTDI). L'irraggiamento di questi strumenti è stato effettuato a diversi valori di tensione del tubo radiogeno e ha permesso di confrontare i valori CTDI misurati con quelli forniti dal tomografo. Si sono quindi calcolate le dosi efficaci di alcuni protocolli della macchina per poi confrontarle con livelli di riferimento diagnostici (DRL), strumenti utilizzati con l'obiettivo di raggiungere valori di dose adeguati per lo scopo clinico dell'esame. Come ulteriore valutazione dosimetrica, si è utilizzato il fantoccio antropomorfo Rando, in cui sono stati inseriti dei dosimetri a termoluminescenza (TLD) per la misura della dose organo. Dai risultati si osserva un andamento inversamente proporzionale tra tensione del tubo radiogeno e contrasto dell'immagine. Impostando valori alti di kV si ottiene però un'immagine meno rumorosa. Oltre alla tensione del tubo, si è valutato come anche lo spessore di strato e la corrente influiscano sul rumore dell'immagine. I risultati ottenuti dimostrano che i valori dei parametri oggettivi di qualità delle immagini rientrano nei limiti di attendibilità, così come i valori di CTDI visualizzati dal tomografo. Lo studio della dipendenza di questi parametri oggettivi dalle impostazione di scansione permette di ottimizzare l'acquisizione TC, ottenendo un buon compromesso fra dose impartita e qualità dell'immagine.

Analysis of retrieved shoulder prostheses

In the last years the number of shoulder arthroplasties has been increasing. Simultaneously the study of their shape, size and strength and the reasons that bring to a possible early explantation have not yet been examined in detail. The research carried out directly on explants is practically nonexistent, this means a poor understanding of the mechanisms leading the patient and so the surgeon, to their removal. The analysis of the mechanisms which are the cause of instability, dislocation, broken, fracture, etc, may lead to a change in the structure or design of the shoulder prostheses and lengthen the life of the implant in situ. The idea was to analyze 22 explants through three methods in order to find roughness, corrosion and surface wear. In the first method, the humeral heads and/or the glenospheres were examined with the interferometer, a machine that through electromagnetic waves gives information about the roughness of the surfaces under examination. The output of the device was a total profile containing both roughness and information on the waves (representing the spatial waves most characteristic on the surface). The most important value is called "roughness average" and brings the average value of the peaks found in the local defects of the surfaces. It was found that 42% of the prostheses had considerable peak values in the area where the damage was caused by the implant and not only by external events, such as possibly the surgeon's hand. One of the problems of interest in the use of metallic biomaterials is their resistance to corrosion. The clinical significance of the degradation of metal implants has been the purpose of the second method; the interaction between human body and metal components is critical to understand how and why they arrive to corrosion. The percentage of damage in the joints of the prosthetic components has been calculated via high resolution photos and the software ImageJ. The 40% and 50% of the area appeared to have scratches or multiple lines due to mechanical artifacts. The third method of analysis has been made through the use of electron microscopy to quantify the wear surface in polyethylene components. Different joint movements correspond to different mechanisms of damage, which were imprinted in the parts of polyethylene examined. The most affected area was located mainly in the side edges. The results could help the manufacturers to modify the design of the prostheses and thus reduce the number of explants. It could also help surgeons in choosing the model of the prosthesis to be implanted in the patient.

Tecniche di elaborazione di immagini tomografiche con raggi X finalizzate alla creazione di modelli virtuali 3D

In questo elaborato sono state messe a confronto differenti procedure per la creazione di file in formato STL a partire da dati tomografici. Questo tipo di formato di dati è attualmente molto richiesto in quanto è adottato dalle stampanti 3D. I tre software presi in analisi, nello specifico, sono: DEVIDE, un programma open source, compatibile sia con Windows che con Linux, sviluppato presso la Delft University of Technology, nei Paesi Bassi; Imagej, un programma informatico di elaborazione digitale delle immagini, accessibile a tutti, basato su Sun-Java e sviluppato dal National Institutes of Health negli Stati Uniti; e infine VGStudioMax, un software sviluppato in Germania dalla VolumeGraphics GmbH. Un confronto diretto di questi software ha portato ad evidenziare i pregi ed i difetti d’ognuno di questi programmi, prendendo come criteri svariati fattori, tra cui la possibilità di scelta di uno o più soglie per i livelli di grigio, la velocità di esecuzione, il fatto che sia open-source o meno, ecc. I risultati ottenuti tramite l’utilizzo di slice filtrate riguardanti una Cera Anatomica e un Feticcio Africano, sono stati molto soddisfacenti, in quanto hanno permesso la realizzazione di modelli virtuali 3D di entrambi i reperti nel formato richiesto.

Caratterizzazione fisica di apparati per tomosintesi digitale della mammella

In questo lavoro di tesi sono state studiate le caratteristiche di una macchina per tomosintesi Fujifilm AMULET Innovality in uso presso l'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (I.R.S.T.) di Meldola. Le valutazioni sono state fatte utilizzando diversi fantocci, uno dei quali costruito durante il lavoro di tesi. Per la valutazione delle immagini di mammografia digitale e di tomosintesi sono state seguite le linee guida della International Electrotechnical Commission (IEC) e della European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Services (EUREF). Per lo studio delle mammografie digitali sono stati valutati, utilizzando i software COQ e ImageJ, i parametri di NPS, MTF e DQE. Per lo studio delle immagini di tomosintesi sono stati appositamente sviluppati degli algoritmi in linguaggio Java, integrati poi all'interno del software COQ. Il programma sviluppato ha permesso di valutare ASF, MTF, NPS e omogeneità delle immagini ricostruite.