• algoritmo di sottrazione
• double energy subtraction algorithm
• dual energy
• radiografia
• x-ray

Nella radiografia convenzionale e nella tomografia computerizzata i materiali con diverse composizioni elementari possono dimostrare attenuazione uguale o molto simile. Pertanto, il contrasto dei tessuti molli è basso e la differenziazione tra i diversi tessuti risulta essere molto impegnativa, così tanto da poter portare il radiologo a conclusioni e diagnosi sbagliate. È proprio per superare questi limiti che nascono le tecniche che prevedono la DUAL ENERGY SUBTRUCTION, applicabile sia nel campo della radiografia che in quello della tomografia. Queste tecniche permettono di visualizzare correttamente le strutture tissutali e le strutture ossee del paziente che possono essere studiate su due immagini separate, in modo tale da rimuovere efficacemente anche l’oscurità associata alla presenza di strutture sovrapposte e in modo da aumentare l’affidabilità della diagnostica. Questo limite potrebbe anche essere facilmente superato con l’utilizzo di agenti di contrasto iodati in modo da migliorare la differenziazione dei tessuti ma questi agenti di contrasto, una volta utilizzati, vanno ad aumentare la neurotossicità nel paziente e possono talvolta portare anche delle reazioni avverse una volta iniettate nel paziente; inoltre, a livello di imaging avrò come risultato un aumento di rumore, possibili errori di registrazione, e un aumento dei tempi di acquisizione che, conseguentemente, porteranno ad un aumento di dose e di creazione di artefatti dovuti al movimento eventuale del paziente.
A livello di interazioni tra le radiazioni le due tipologie di interazioni più importanti che entrano in gioco nell’acquisizione delle immagini con la dual energy sono:
-Effetto fotoelettrico: che è funzione del numero atomico Z^3 e che rappresenta l’interazione del fotone incidente con l’elettrone più interno del guscio elettronico;
-Effetto Compton: che è funzione della densità fisica e che rappresenta la deflessione dei fotoni da parte degli elettroni del guscio più esterno.
È per questo motivo che si vanno a valutare gli spettri sia dei tessuti molli che delle ossa, che gli spettri del calcio e dello iodio, e si va a notare che essendo così diverso lo spettro di attenuazione per gli elementi considerati, basta andare ad utilizzare la giusta tecnica per riuscire ad ottenere un risultato in uscita nettamente migliore.
Come verrà poi sottolineato meglio in questo elaborato di tesi esistono diverse tecniche per effettuare una radiografia a doppia energia.
La dual energy con doppio shot consiste nell’andare ad effettuare due acquisizioni :
-la prima a bassa energia: con tensione di 60 KV
-la seconda ad alta energia: con tensione di 120 KV e con un ritardo di 150 ms dalla prima
Una volta acquisite le due immagini e, dopo averne fatto la sottrazione, in output si avranno le seguenti tre immagini separate:
-Standard RX;
-Soft tissue RX : immagine che evidenzia i tessuti molli;
-Bone RX: immagine che evidenzia le strutture ossee;
In particolare si avrà che l’imaging a bassa energia va a diminuire la dose, migliorare il contrasto e l’immagine ottenuta avrà la stessa qualità diagnostica dell’RX convenzionale; mentre l’imaging ad alta energia va ad aumentare la dose, ma va sicuramente anche a diminuire gli artefatti da indurimento del fascio, anche se l’immagine finale risulterà essere meno contrastata.
La dual energy con uno shot solo, invece, si ottiene con una singola acquisizione ad un unico valore di tensione. Gli spettri separati si otterranno, in questo caso, grazie all’utilizzo di due lastre fotografiche di Computed Radiografy (CR) e un filtro di rame interposto tra di esse.
Di seguito vengono sintetizzati i pro e i contro connessi all’utilizzo di questa tecnica innovativa. I vantaggi sono principalmente connessi al campo della diagnostica, infatti con l’uso della dual energy è possibile:
-eliminare le strutture ossee che vanno ad ostacolare la diagnosi di noduli polmonari, in quanto i noduli polmonari attenuano i raggi X più o meno nello stesso modo del polmone stesso;
-verificare la presenza di opacità nell’ilo in modo da facilitare la diagnosi di malattia ilare;
-ottenere maggiore rilevazione del calcio nell’immagine che ritrae solo le ossa, quindi si riesce a diagnosticare meglio la presenza di metastasi ossee, tumori ossei primari, e calcificazioni pleuriche.
I limiti e gli svantaggi connessi all’utilizzo della dual energy, invece, sono prettamente connessi alla creazione di artefatti:
-Artefatto dovuto al ritardo di 150 ms tra le due esposizioni ad alta e a bassa energia;
-Artefatto da cattivo allineamento di strutture corporee;
-Artefatto da movimento del paziente connesso al maggior tempo di esposizione rispetto a rx convenzionale;
-Possibili errori nella lettura della rx;
-Dose più alta rispetto alla radiografia convenzionale.


In conventional radiography and computed tomography materials with different elemental compositions may demonstrate the same or very similar attenuation. Therefore, the soft tissue contrast is low and the differentiation between the different tissues turns out to be very challenging, so much so that it can lead the radiologist to wrong conclusions and diagnoses. It is precisely to overcome these limits that the techniques that foresee the DUAL ENERGY SUBTRUCTION are born, applicable both in the field of radiography and in that of tomography. These techniques allow to correctly visualize the tissue structures and the bone structures of the patient that can be studied on two separate images, in such a way as to effectively remove even the darkness associated with the presence of overlapping structures and in order to increase the reliability of diagnostics. . This limit could also be easily overcome with the use of iodinated contrast agents in order to improve tissue differentiation but these contrast agents, once used, increase neurotoxicity in the patient and can sometimes lead to adverse reactions as well. once injected into the patient; furthermore, at the imaging level, I will have as a result an increase in noise, possible registration errors, and an increase in acquisition times which, consequently, will lead to an increase in dose and the creation of artifacts due to the possible movement of the patient.
At the level of interactions between radiation, the two most important types of interactions that come into play in the acquisition of images with dual energy are:
-Photoelectric effect: which is a function of the atomic number Z ^ 3 and which represents the interaction of the incident photon with the innermost electron of the electron shell;
-Compton effect: which is a function of physical density and which represents the deflection of photons by the electrons of the outermost shell.
It is for this reason that we go to evaluate the spectra of both soft tissues and bones, as well as the spectra of calcium and iodine, and it should be noted that since the attenuation spectrum for the elements considered is so different, just go and use the right technique to be able to obtain a much better output result.
As it will be better emphasized in this thesis there are different techniques to perform a double energy radiography.
The dual energy with double shot consists in making two acquisitions:
• the first at low energy: with a voltage of 60 KV
• the second at high energy: with a voltage of 120 KV and with a delay of 150 ms from the first
Once the two images have been acquired and, after having subtracted them, the following three separate images will be output:
- Standard RX;
- Soft tissue RX: image that highlights the soft tissues;
- Bone RX: image that highlights the bone structures;
In particular, low-energy imaging will decrease the dose, improve contrast and the image obtained will have the same diagnostic quality as conventional X-ray; while high-energy imaging increases the dose, but certainly also decreases the hardening artifacts of the beam, even if the final image will be less contrasted.
The dual energy with a single shot, on the other hand, is obtained with a single acquisition at a single voltage value. The separate spectra will be obtained, in this case, thanks to the use of two photographic plates of Computed Radiografy (CR) and a copper filter interposed between them.
The pros and cons associated with the use of this innovative technique are summarized below. The advantages are mainly related to the field of diagnostics, in fact with the use of dual energy it is possible:
- eliminate the bone structures that hinder the diagnosis of pulmonary nodules, as pulmonary nodules attenuate the X-rays more or less in the same way as the lung itself;
- check for the presence of opacity in the hilum in order to facilitate the diagnosis of hilar disease;
- obtain greater calcium detection in the image that portrays only the bones, so it is possible to better diagnose the presence of bone metastases, primary bone tumors, and pleural calcifications.
The limits and disadvantages associated with the use of dual energy, on the other hand, are strictly related to the creation of artifacts:
- Artifact due to the delay of 150 ms between the two high and low energy exposures;
- Artifact from misalignment of body structures;
- Patient movement artifact related to the longer exposure time compared to conventional x-ray;
- Possible error in reading the rx;
- Higher dose than conventional radiography.