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Principios generales de Tomografía Computarizada (CT) Curso de refresco: Protección Radiológica en Tomografía Computarizada
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Principios generales de Tomografía
Computarizada (CT)
Curso de refresco: Protección Radiológica en Tomografía Computarizada
Describir los sistemas de diagnóstico basados en
imágenes tomográficas con rayos X.
Explicar los principios de formación de las imágenes
de CT y los parámetros principales que las
caracterizan.
Objetivos
Introducción El CT, presentado en 1972, fue considerado una de las 5 más
grandes innovaciones médicas de los últimos 30 años
El CT Helicoidal y los CT multicortes fueron las más
importantes evoluciones de las últimas décadas.
Sin Slipring Con Slipring
Principios Básicos
Reconstrucción de la imagen de una fina sección transversal
del cuerpo a partir de múltiples proyecciones de los rayos X
Basada en las mediciones de atenuación del haz de rayos X.
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Colimadores
CT presenta varios colimadores, filtros, blindajes, que permiten la filtración del espectro de Rayos X, la definición de los cortes y la protección de los detectores contra la radiación dispersa.
Pueden variar de un modelo a otro, pero la función es la misma
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Primera Colimación: abertura en la propia carcasa del tubo, que define el haz (cono o abanico).
Colimador fijo: define el ancho máximo permitido
Colimador Ajustable: define el espesor de corte deseado (monocortes)
Colimador Ajustable pos-paciente: reducir las zonas de penumbra debido al tamaño finito del punto focal.
Colimador fijo pos-paciente: Enfrente de los detectores, ancho de la colimación máxima, minimiza la radiación dispersa.
Colimadores
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Filtración
Filtración Inherente del tubo: ~ 3 mm Al
Filtración Plana (Flat): hojas de espesor de 0,1 a 0,4 mm Cu –
desvía el espectro hacia el rango de energías más altas
Filtración en forma de “bow-tie” – Material de bajo Z
(Ej. Teflón) Atenúa la radiación en el centro y fuertemente en la
periferia. Busca disminuir las diferencias del espectro entre el
centro y la periferia, que se producen por el haz en abanico y el
endurecimiento del haz.
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Filtración en forma de “bow-tie”
Asegura una señal más
constante en todos los
detectores
El efecto de “endurecimiento
del haz” es también más
constante Señal constante en todos los detectores
Filtro
Atenuación en el
centro por el
paciente
Haz mas intenso
en centro
Tipos de detectores
Gaseosos
Xenón presurizado
Ionización
Señal (corriente)
Estado sólido
Centelleo
Captura de fotones
Luz
Foto diodo
Señal (corriente)
Numero de proyecciones y detectores
Típicamente se emplean entre 650 y 900 detectores por fila (en
los equipos multicortes).
Mayor cantidad de detectores permite obtener mayor resolución
espacial en el plano XY.
Número de detectores
Entre 1000 y 4000 por rotación, dependiendo de la resolución del
protocolo.
Mayor cantidad de proyecciones = Mayor resolución espacial en
el plano XY.
Número de proyecciones
Doble punto focal duplica la
cantidad de proyecciones
Principios físicos de la
formación de imagen
Principios físicos de formación de la imagen
Un detector, compuesto por un arreglo de 300 a 800 canales
convierte la radiación atenuada IT en una señal analógica de salida.
El Sub-sistema de Adquisición de Datos (DAS) acondiciona y
cuantifica esta señal analógica convirtiéndola en una señal digital.
Adquisición de datos
Io
IT
Atenuación La intensidad del haz de rayos X se atenúa
cuando pasa a través de un objeto uniforme
debido a los procesos de absorción.
El grado de atenuación depende del
espectro de energía de los rayos X, de la
distancia atravesada (espesor del objeto), y
de la densidad del objeto y es posible
describirla matemáticamente por la Ley de
Lambert-Beer.
x-e
oT II donde:
IT intensidad del haz transmitido
Io intensidad del haz incidente
e constante de Euler (2.718)
μ coeficiente de atenuación lineal
x espesor del objeto
Desarrollando la ecuación anterior:
| :Io
| ln
x
oT eII
x
o
T eI
I
xI
Iln
T
o
AtenuaciónII To lnln
Atenuación
Sin embargo, en la anatomía humana, el haz de
rayos X atraviesa zonas de diferentes densidades.
Cada objeto tiene diferentes tamaños “x” y
coeficientes de atenuación “μ”. nn332211 x...xxx
oT eII
nn332211
T
o x...xxxI
Iln
AtenuaciónII To lnln
Atenuación
• Existe un cierto número de objetos en el trayecto del haz de rayos X
(Ej. 512)
• Cada objeto tiene el mismo tamaño
Para calcular los coeficientes de atenuación se hacen las siguientes
consideraciones:
Para ello se considera que:
Cada haz de rayos X atraviesa 512 voxels de la región a visualizar.
Dentro de cada voxel el coeficiente de atenuación es constante.
Atenuación
Se conforma una Matriz: arreglo de filas y columnas (típicamente
512x512) donde se almacenan los coeficientes de atenuación en
correspondencia con la posición de cada voxel.
En una imagen Tomográfica, cada píxel
corresponde a una región especifica del paciente.
Supongamos que cortamos y sacamos
del paciente una fina rebanada o lasca
de determinado espesor.
Cortamos dicha lasca en pequeños
elementos del tamaño de un píxel.
Cada elemento es irradiado
individualmente y en dependencia de la
cantidad de radiación que absorbe, se le
asigna un valor numérico.
Posteriormente a ese valor numérico se
le asigna un nivel de gris.
Puesto que el corte (Slice) tiene
determinado espesor, entonces cada
píxel de la imagen representa un
pequeño volumen o “voxel”.
Espesor de corte
Elemento de imagen (PIXEL)
Elemento de volumen (VOXEL)
512 PIXELS
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¿Qué se nos presenta en la Imagen de CT?
Valor del Píxel: medida de la atenuación de los rayos X en el
correspondiente elemento de volumen (voxel)
Profundidad del voxel es igual al espesor de corte (0.5-10 mm)
Voxel Pixel
w
Adquisición de la Imagen
Unidades Hounsfield
Cada sistema CT trabaja con radiaciones de diferente energía (kV).
Para evitar que los coeficientes de atenuación de un objeto difieran
de un equipo a otro, y del empleo de un kV a otro en el mismo
equipo, entonces se calculan coeficientes de atenuación relativos.
De este modo se determina la diferencia entre los coeficientes de
atenuación del objeto y el de un material de referencia.
Como material de referencia se utiliza el agua, debido a que su
atenuación es similar a los tejidos del cuerpo humano.
Los coeficientes de atenuación μ
dependen de la energía de la
radiación utilizada.
El diagrama muestra los diferentes
valores de los coeficientes de
atenuación para los tejidos y
huesos. Dos atenuaciones tienen
valores fijos:
Agua = 0 HU
Aire = -1000 HU
El resto de las atenuaciones se
calculan con relación a estas.
Escala
Unidades Hounsfield
Escala
Unidades Hounsfield
Reconstrucción de la Imagen
Principios físicos de la formación de la imagen
Durante la adquisición Durante la reconstrucción
El perfil de atenuación correspondiente a cada proyección,
es sumado en la matriz de reconstrucción en la misma
dirección (mismo ángulo) en que fue adquirido
Reconstrucción de la imagen
La imagen obtenida por la retroproyección produce sombras grises
que se extienden desde el centro del pin de forma similar a las
puntas de una estrella.
Da como resultado una imagen borrosa debido a que cada objeto
influye en toda la imagen en su conjunto .
Este tipo de artefacto de estrella es producido por la retroproyección
y no es posible corregirlo procesando un mayor número de
proyecciones.
Retroproyección
Convolución
Para eliminar los inconvenientes
de la retroproyección simple, se
filtra matemáticamente cada
perfil de atenuación con un filtro
(también conocido como Kernel).
A este procedimiento
matemático se le conoce como
Convolución.
La retroproyección de los
perfiles convolucionados,
también conocida como
Retroproyección filtrada, reduce
considerablemente el artefacto
de estrella provocado por la
retroproyección simple.
Diferentes filtros pueden ser aplicados de acuerdo al
propósito del diagnóstico:
Filtros suaves para ver tejidos blandos
Filtros paso altos (corte abrupto) para ver imágenes
de alta resolución
Convolución
Imágenes reales
La desventaja de la retroproyección simple es que da
como resultado una imagen borrosa debido a que
cada objeto influye en toda la imagen en su conjunto .
Con convolución Sin convolución
Reconstrucción: Método iterativo
Reconstrucción: Método iterativo
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Modos de Adquisición
Axial
Barrido secuencial
Incremento y “disparo de RX”
Plano único barrido
Conjunto de proyecciones todas en el mismo plano
Reconstrucción plana localización fija por el plano
de barrido
Helicoidal
Conocido como barrido espiral o de volumen
Longitud irradiada
Conjuntos de proyecciones no están en el mismo
plano
Rotación continua
Continuo movimiento de la mesa
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¿Qué cambia en los Sistemas Helicoidales?
• Tecnología de los anillos deslizantes
• Tubos de rayos X de alta Potencia
• Algoritmos de interpolación
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CT Helicoidal La velocidad de la mesa a través del Gantry define el
espaciamiento de las hélices
Pitch = (distancia recorrida por la mesa/rotación)/espesor del haz
Velocidad = 20 mm / rotación
Espesor = 10 mm
Pitch = 2
Velocidad = 10 mm / rotación
Espesor = 10 mm
Pitch = 1
Equipos Monocortes y
Multicortes (MSCT)
CT Multicorte TC Multicorte (Multislice) denota la habilidad de un tomógrafo para
adquirir más de un corte simultáneamente.
Objetivo: Disminuir el tiempo total del examen. Abarcar mayor volumen
por unidad de tiempo con espesores de corte menores.
Monocortes Multicortes
Todos los equipos multicortes son de tercera generación, emplean
tecnología de anillos deslizantes (slipring) y detectores de estado sólido.
Modulo detectores
Tecnología de los detectores para 16 cortes
X
Z
16 detectores
24
segmentos
Siemens Sensation GE 64 VCT Philips Brilliance 40 Philips Brilliance 64
Tecnología de los detectores para 64
cortes
Tomografía multicorte: ventaja en resolución
4x2.5mm; 25 mm/sec 2x5.0mm; 25 mm/sec 10mm; 25 mm/sec
700 mm covertura; 28 sec; 120kV / 130 mAs
Quad-Slice Dual-Slice Single-Slice
Tomografía multicorte: ventaja en volumen
700 mm covertura 350 mm covertura 175 mm covertura
2.5 mm, Pitch=1; 28 sec; 120kV / 130mAs
Quad-Slice Dual-Slice Single-Slice
Particularidades de los MSCT
Monocorte
Colimador
post-paciente
_
. . Colimador
pre-paciente
Punto Focal
del
tubo de rayos X
____ ____
Multicortes
Colimación
Es un parámetro inherente a la adquisición.
• Colimación 64x0.5mm irradia 32mm a lo largo de la dirección del eje Z
• Colimación 32x1mm irradia 32mm a lo largo de la dirección del eje Z
Modo Colimación Espesor de corte
Axial Single- Slice 1.5, 3.0, 6.0 mm 1.5, 3.0, 6.0 mm
Axial Quad-Slice 4 x 0.75 mm 0.75, 1.5, 3.0 mm
4 x 1.5 mm 1.5, 3.0, 6.0 mm
4 x 3.0 mm 3.0, 6.0, 12.0 mm
4 x 6.0 mm 6.0, 12.0 mm
Axial Octo-Slice 8 x 3.0 mm 3.0, 6.0, 12.0 mm
Axial Hexadecimal 16 x 0.75 mm 0.75, 1.5, 3.0 mm
16 x 1.5 mm 1.5, 3.0, 6.0 mm
Espesor de corte
Es un parámetro inherente a la reconstrucción; no se pueden reconstruir
imágenes con espesores de corte inferiores al espesor de corte de la
adquisición • A partir de 64x0.5mm se puede reconstruir a 0.5mm, 1mm, 2mmm, 4mm, etc
• A partir de 32x1mm no se puede reconstruir a 0.5mm; solo es posible a 1mm,
2mm, 4mm, etc.
Pitch
Indice de avance de la mesa durante una rotación completa
del gantry respecto al espesor del corte (colimación).
Monocortes:
Numero de cortes por rotación es igual a uno.
Multicortes:
El término (Número de cortes por rotación) x (Espesor de corte) es igual
a la colimación.
Pos-procesamiento Utiliza técnicas de reformatear la imagen:
sagital / coronal, oblicuo, curvo y visualización de espesor variable que orienta el radiólogo para especiales estructuras anatómicas.
Otros métodos muy útiles son:
interpretación de volumen (volume rendering), interpretación de superficie (surface rendering) y imagen fisiológica (CT perfusion).
Parámetros de adquisición que afectan más directamente la calidad del procesamiento son:
espesor de corte y intervalo entre cortes.
Pitch grande introduce artefactos (ej. tipo las bandas de cebra).
La habilidad del multicortes cubrir grandes áreas rápidamente resulta en muchos cortes finos con pequeños intervalos y producen resultados extraños de pos procesamiento.
En general, el proceso de reformulación no altera los voxels, al contrario estos utilizan los voxels en proyecciones fuera del eje
El término reconstrucción nos es correcto en este contexto
El proceso de reconstrucción en CT, se refiere al proceso que convierte los datos de las proyecciones en una imagen axial
Pos-procesar (reformatear) sólo consiste en mostrar las imágenes producidas a partir de la reconstrucción en una orientación distinta de la que fueron originalmente producidas.
Pos-procesamiento
Reformatear: Proceso Coronal y Sagital
La secuencia de imágenes axiales pueden ser utilizadas para formar un
conjunto vertical.
"Mediante un muestreo de un conjunto tri-dimensional de los números de
CT a lo largo del plano Y-Z, pueden ser generados proyecciones
sagitales.
Del mismo modo, la toma de muestras en el plano x-z crea proyecciones
coronales
Proceso de reformateado Curvo (a) imagen reformateada de un Volumen
Lateral transparente a partir de imágenes axiales muestra un molar impactado (flecha).
(b,c) imágenes axiales fueran utilizadas para localizar el canal del nervio alveolar y definir la curva de curva de formato (línea gris en c)
(d) Puede se observar en la imagen reformateada curvada el canal del nervio dentario en su totalidad (línea gris).
(e) Imagen del plano sólo lingual para el canal del nervio dentario revela el impacto molar (flecha).
