ESCUELA DE INGENIERA

GUA PARA LA SELECCIN, MANTENIMIENTO Y CONTROLDE CALIDAD DE UN EQUIPO DE TOMOGRAFA AXIAL

COMPUTARIZADA.

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TITULO DE INGENIERO ENELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES

WILSON GEOVANNI LLANGAR CEPEDA

DIRECTOR: DR. LUIS CORRALES

Quito, noviembre del 2.001

DECLARACIN

* Yo, WILSON GEOVANNI LLANGARl CEPEDA, declaro bajo juramento que e!trabajo aqu descrito es de mi auditora; que no ha sido previamente presentadopara ningn grado o calificacin profesionai; y, que he consultado las referenciasbibliogrficas que se incluyen en este documento.

A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional, segn loestablecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la

^ normatividad institucional vigente.

Wilson G. Llangar Cepeda

CERTIFICACIN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Wilson Geovanni LlangarCepeda, bajo mi supervisin.

7_ZDr. Luis Corrales

*AGRADECIMIENTO

A la Escuela Politcnica Nacional, en especial al Doctor Luis Corrales dignorepresentante del espritu politcnico y colaborador directo en la cristalizacin deeste proyecto.

DEDICATORIA

A mis padres, hermanos, esposa e hijos cuyo cario y apoyo han sido fuentesinagotables de motivacin para seguir adelante.

CONTENIDO

CAPITULO 1

INTRODUCCIN A LA TOMOGRAFA AXIAL COMPUTARIZADA

1.1 Resea histrica 21.2 Significado de la palabra tomografa 3

H 1.3 Los rayos X y el espectro electromagntico 41.4 Produccin de rayos X 5

1.4.1 Origen 61.4.1.1 Captura electrnica 61.4.1.2 Radiacin de frenamiento (radiacin general) 7

1.4.2 Intensidad y espectro de emisin de los rayos X 81.4.3 Tubo de rayos X 81.4.4 Generacin de rayos X 9

1.5 Principales aplicaciones de los rayos x en el diagnostico por imgenes 10& 1.5.1 Radiografa convencional 10

1.5.2 Tomografa lineal 111.5.3 Tomografa axial computarizada 12

1.6 Geometra de un tomografo 121.6.1 Sistemas de primera generacin 131.6.2 Sistemas de segunda generacin 141.6.3 Sistemas de tercera generacin 151.6.4 Sistemas de cuarta generacin 15

1.6.5 Sistemas de quinta generacin 161.7 Proceso de la tomografa axial computarizada 16

1.7.1 Adquisicin de datos 171.7.2 Reconstruccin de la imagen 171.7.3 Presentacin, manipulacin, almacenamiento e impresin 17

1.8 Atenuacin 181.9 Procesamiento de datos 21

1.9.1 Algoritmo 22

1.9.2 Transformada de Fourier 221.9.3 Convolucin 231.9.4 Interpolacin 231.9.5 Nmeros T.C 231.9.6 Los nmeros T.C. y los fotones 25

1.10 Objetivo de la tomografa 251.11 Algoritmos de reconstruccin 27

1.11.1 Retroproyeccin 271.11.2 Algoritmos iterativos 291.11.3 Algoritmos de reconstruccin analticos 30

1.11.3.1 Retroproyeccin filtrada 301.11.3.2 Reconstruccin de Fourier 31

1.12 Presentacin de la imagen 321.12.1 Nivel y ventana 331.12.2 Tamao de un pxel 33

1.13 Tomografa helicoidal 341.13.1 Geometra de la tomografa helicoidal 35

CAPITULO 2

ESTUDIO DESCRIPTIVO DE UN T.A.C.

2.1 Sistema de imagen 392.2 Sistema de computacin.... 412.3 Sistema de presentacin, almacenamiento e impresin 422.4 Opciones y accesorios 432.5 Consola del operador 45

2.5.1 Unidad central de procesamiento 462.5.2 Unidad de display 472.5.3 Unidad de procesamiento de imagen 482.5.4 Unidad de miscelneos 49

2.6 Mesa y gantry 502.6.1 Procesador mesa gantry 51

2.6.2 Tarjeta de interfaces 522.6.3 Servo amplificador 522.6.4 Tarjeta de la mesa 532.6.5 Motores, conmutadores 532.6.6 Sistema hidrulico de la mesa 542.6.7 Panel del gantry 552.6.8 Colimador 552.6.9 Intercomunicador 56

2.7 Sistema de adquisicin de datos y detector 562.7.1 Detector 572.7.2 Fuente de polarizacin de detector 582.7.3 Control de temperatura 582.7.4 Interfaz detector-sistema de adquisicin de datos 592.7.5 Sistema de adquisicin de datos 59

2.8 Generador de rayos X 602.9 Software del sistema 62

2.9.1 Exploracin y reconstruccin 622.9.2 Procesamiento y presentacin de ia imagen 632.9.3 Administrador del sistema 632.9.4 Mantenimiento 63

2.10 Operacin del sistema 632.10.1 Distribucin de energa 642.10.2 Secuencia de encendido 642.10.3 Calentamiento del tubo de rayos X 652.10.4 Exploracin 65

CAPITULO 3

DEFINICIN DE LOS PARMETROS DE EVALUACIN DE UN T.A.C.

3.1 Rapidez 673.2 Calidad de imagen 68

3.2.1 Resolucin espacial 69

3.2.2 Resolucin de contraste 693.3 Modos de exploracin 70

3.3.1 Axial normal 703.3.2 Axial parcial 703.3.3 Conjunto de axiales 703.3.4 Helicoidal simple 713.3.5 Helicoidal mltiple 713.3.6 Cine 713.3.7 Combinacin helicoidal-axial 71

3.4 Requerimientos para tomografa helicoidal 713.5 Variables helicoidales 723.6 Reconstruccin superpuesta 743.7 El tubo de rayos X 743.8 Generador de rayos X 753.9 Detectores 75

3.9.1 Eficiencia geomtrica 753.9.2 Eficiencia de deteccin cuntica 763.9.3 Eficiencia de escintiiacin 763.9.4 Rechazo de radiacin dispersa 763.9.5 Cantidad de detectores 77

3.10 Tipos de detectores 773.10.1 Detectores de xenn 773.10.2 Detectores de tungstato de cadmio 773.10.3 Detectores de alta luminosidad 783.10.4 Detectores de oxi-sulfato de gadolinio 78

3.11 Computador 783.12 Principales caractersticas para tomografa convencional 793.13 Cuadro comparativo de dos tomgrafos de exploracin convencional 833.14 Principales caractersticas para tomografa helicoidal 853.15 Cuadro comparativo de dos tomgrafos helicoidales 85

CAPITULO 4

DEDUCCIN DEL PLAN DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO Y DECONTROL DE CALIDAD

4.1 Preinstalacin 904.1.1 rea fsica 904.1.2 Medio ambiente 924.1.3 Requerimiento de energa elctrica 92

4.2 Instalacin y puesta en marcha 934.3 Mantenimiento preventivo 95

4.3.1 Mantenimiento del gantry 974.3.2 Mantenimiento de anillos deslizantes 994.3.3 Mantenimiento de la mesa 1004.3.4 Mantenimiento del generador de rayos X 1014.3.5 Mantenimiento de la consola 1024.3.6 Mantenimiento del sistema 103

4.4 Descripcin de algunos procedimientos de mantenimiento 1044.4.1 Cargado del software 1044.4.2 Alineacin del haz de rayos X 1064.4.3 Calibracin de la imagen 1074.4.4 Cambio de un anillo de seal 108

4.5 Control de calidad 1094.5.1 Calidad de imagen 109

4.5.1.1 La resolucin espacial 1154.5.1.2 Resolucin de contraste 1174.5.1.3 El ruido en T.A.C 1194.5.1.4 Linealidad 1204.5.1.5 Uniformidad del campo de corte 1214.5.1.6 Artefactos en la imagen 121

4.5.2 Dosis de radiacin en TAC 1224.5.2.1 Cmara de iotizacin 1244.5.2.2 ndice de dosis para tomografa computada 124

4.5.2.3 Dosis promedio para exploraciones mltiples 1264.5.3 Procedimientos de control de calidad en tomografa 1274.5.4 Descripcin de algunos procedimientos de control de calidad 130

4.5.4.1 Numero promedio T.C. del agua 1304.5.4.2 Desviacin estndar del numero T.C. del agua 1304.5.4.3 Resolucin de alto contaste 1314.5.4.4 Resolucin de bajo contraste 131

CAPITULO 5

CONCLUSIONES

5.1 Conclusiones 1335.2 Recomendaciones 141

Referencias Bibliogrficas 143

ANEXO I

Glosario 144

RESUMEN

* En este trabajo se elabora una gua para la seleccin, mantenimiento y control decalidad de un equipo de Tomografa Axial Computarizada teniendo en cuenta parasu elaboracin las normas internacionales que existen para el efecto, lasrecomendaciones y los datos que los fabricantes incluyen con sus equipos, pero,sobre todo la experiencia de campo acumulada en el trabajo diario con este tipode equipos.

Las normas internacionales y las recomendaciones de los manuales de losfabricantes suelen considerar ambientes de trabajo muy generalizados oidealizados. En ciertos lugares o pases, suele ser muy difcil acatar talesdisposiciones y de debe, con mucho criterio y experiencia, adaptar talesprocedimientos sin que afecten a la calidad de los resultados que entregan losequipos, y, en el caso de ciertos equipos mdicos, como el T.A.C., sin que lleguea poner en peligro al operador o paciente.

La gua propuesta en este trabajo cumple con el objetivo planteado pues recopilala informacin y la experiencia que el autor usa y obtiene en el trabajo diario en el

*ambiente hospitalario del pas.

PRESENTACIN

El Captulo 1 sirve de introduccin a la tomografa, en el se hace una referenciahistrica, se habla de los rayos X y se explica de manera rpida el funcionamientode un equipo de tomografa. Tambin es parte de este captulo los principiosfsicos y matemticos que estn relacionados con la Tomografa AxialComputarizada.

En el capitulo 2 se habla con mayor detalle del funcionamiento de un tomgrafo.Tambin se conoce de manera ms profunda los diferentes componentes de unT.A.C. de manera que ms adelante sea posible identificar las caractersticastcnicas importantes y desarrollar los planes de mantenimientos preventivo y decontrol de calidad.

La descripcin de las caractersticas tcnicas ms importantes de un T.A.C., eldesarrollo de un resumen de las mismas y el estudio comparativo de lostomgrafos son los temas principales que se tocan en el Captulo 3.

En el Captulo 4 se desarrolla los planes de mantenimiento preventivo y de controlde calidad necesarios para mantener funcionando un sistema de tomografa demanera ptima. En este captulo tambin se habla de la preinstalacin y lainstalacin de un tomgrafo pero de manera general.

Este trabajo finaliza con las conclusiones y recomendaciones que se han obtenidoen el desarrollo del mismo.

CAPITULO 1.

INTRODUCCIN A LA TOMOGRAFA AXIALCOMPUTARIZADA.

El objetivo de este captulo es dar a conocer los principios fsicos y tecnolgicosde la Tomografa Axial Computerizada, el desarrollo de esta tcnica para laproduccin de imgenes para el diagnstico mdico y las exigencias tcnicas yde seguridad que deben seguirse para obtener el mximo provecho de estamoderna tecnologa. Tambin se hace referencia a los conceptos y definicionesde mayor uso en la parte tcnica de la Tomografa Axial Computarizada.

La Tomografa Axial Computarizada es uno de los principales campos deldiagnstico radiolgico, el cual ofrece varios desafos y oportunidades atecnlogos mdicos, mdicos e ingenieros biomdicos.

Est tcnica de diagnstico por imgenes tiene aplicacin prctica a partir del aode 1972, luego que el investigador G. N. Hounsfield anunci la invencin de larevolucionaria tcnica de diagnstico a la que l llam "ExploracinComputarizada Axial Transversa".

Con esta nueva tcnica se podra explorar un corte delgado de la cabeza desdediferentes ngulos usando un haz de rayos X. La radiacin producida por un tubode rayos X, y que pasaba a travs del paciente, era medida con un detector deescentilacin. La informacin encontrada serva para alimentar un computadorque los analizaba bajo un algoritmo matemtico para luego ser presentados comouna imagen de tomografa con caractersticas nunca antes vistas. Con estanueva tcnica ahora era posible diferenciar cogulos, materia gris, materia blanca,fluido cerebro espinal, tumores, edemas, etc. Con esta tcnica, a los tejidosblandos ya no se les asignaba las caractersticas fsicas del agua lo que mejornotablemente el contraste de la imagen obtenida. Este cambio se produjo aiintroducir un computador en la generacin de imgenes.

En este captulo se har una introduccin a! mundo de la tomografa a travs deuna resea histrica, los principios fsicos y una breve descripcin delfuncionamiento de un tomgrafo.

1.1 RESEA HISTRICA.

La Tomografa Axial Computerizada es el resultado de mltiples investigaciones ydescubrimientos, entre los que se pueden citar:

- W. C. Roetgen descubri los rayos X en 1895- J. Randon prob en 1917 que un objeto 2D o 3D poda ser reproducido

basado en un conjunto infinito de sus proyecciones tomadas en diferentesdirecciones. El concepto matemtico asom 55 aos antes de la aparicin delprimer tomgrafo comercial. Este concepto ha sido utilizado en diferentescampos de la ciencia que va desde la astronoma hasta la microscopa.

- Bracewell en 1956 construy un mapa solar basado en la proyeccin de rayosluminosos.

- En los aos 60 Oldendorf, Kuhl y Edwards encontraron las primerasaplicaciones prcticas en medicina, mientras estudiaban problemas demedicina nuclear.

- Cormack en 1963 comprendi el concepto de tomografa computerizada yconstruy modelos de laboratorio usados en medicina nuclear.

- Hounsfield en 1967 dedujo que si un haz de rayos X pasaba a travs de unobjeto desde diferentes direcciones y si se hicieran medidas de los rayos Xatenuados era posible obtener informacin interna del objeto, y estainformacin podra ser presentada al radilogo en forma de imagen.

- En 1968 a un tomgrafo experimental que funcionaba con rayos gammaproducidos por americio acoplado a un detector de cristal le tom 9 dasexplorar un objeto y dos horas y media en procesar las 28.000 lecturastomadas.

- A finales de los aos sesenta se cambia la fuente de radiacin por un tubo derayos X, obtenindose mejores resultados, se necesitaba un da para obteneruna imagen.

- En 1970 Ambrose y Hounsfield trabajando juntos en el estudio del cerebrohumano, encontraron que los tumores se diferenciaban claramente de lamateria blanca y gris.

- En 1971 se instala el primer prototipo de tomografo para exploracin de lacabeza en el Hospital Atkinson-Morley, en este equipo se poda obtener unaimagen en 20 minutos.

- A mediados de los aos setenta se introdujeron los micro-computadores,logrndose que el tiempo para obtener una imagen sea de 5 minutos.

4l - En 1972 se examin el primer paciente, la imagen mostr claramente unquiste en el cerebro. Desde entonces ms y ms pacientes fueronexaminados, era evidente que la mquina era lo suficientemente sensible paramostrar tejidos enfermos.

Todos estos estudios condujeron al desarrollo de dos tipos de tomgrafos: eltomografo de emisin y el tomografo de transmisin. En el tomografo de emisinla fuente de radiacin est dentro del paciente, en cambio en el tomografo detransmisin la fuente de radiacin est fuera del paciente. En el presente trabajo

+ se har referencia a los tomgrafos de transmisin que usan como fuente deradiacin un tubo de rayos X.

1.2 SIGNIFICADO DE LA PALABRA TOMOGRAFIA,

La palabra tomografa tiene su origen en el comienzo de los aos 20 cuando ungrupo de investigadores estuvo desarrollando mtodos para mostrar imgenes deun corte especfico de un cuerpo humano. En principio se usaron trminos como:

* radiografa de una seccin del cuerpo o estratigrafa; sin embargo no fue sinohasta 1935 cuando Grossman defini a la tcnica como tomografa que viene delgriego tomos y que significa seccin.

Posteriormente, en al ao 1972, Hounsfield llam a la tcnica ExploracinComputerizada Axial Transversa. Desde entonces, un sin nmero de trminosse han aplicado como: Tomografa Axial Computarizada Transversa, Tomografa

*

Axial Computarizada, Tomografa Asistida por Computador, Tomografareconstructiva y otros; sin embargo, los ms usados son:

- Tomografa Axial Computarizada o Computada (T.A.C.)- Tomografa Computarizada o Computada (T.C.)

Estos trminos o sus abreviaturas sern los que se utilicen en el desarrollo deeste trabajo.

U LOS RAYOS X Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNTICO.

Los rayos X es un tipo de radiacin electromagntica, la cual transporta energapor el espacio como una combinacin de campo elctrico y campo magntico.Este comportamiento se muestra en la Figura 1.1. A manera de referencia, lasondas de radio, la luz visible y la radiacin gamma exhiben un comportamientosimilar pero trabajan en otro rango de frecuencias.

Fgura1.1. Representacin electromagntica de los rayos X.

Fsicamente las ondas electromagnticas (Favor ver Figura 1.2) no tienen efectosidnticos para todas las longitudes de onda, por ejemplo algunas son visiblesmientras otras no lo son. Los rayos X y los rayos gamma tienen una longitud deonda pequea, fsicamente casi no hay diferencia entre ellos, la diferenciaprincipal de encuentra en el origen de la radiacin.

1Frecuencia

C/s

10-

1020-

10'8-

1016-

10'4-

1012-

1010-,

10a -

106 -

104 -

nergaeV !

-10 !iRayos T

_ i n&

..104

Longtond

Rayos X|

.

&////,''{${'%''/ ^f-''^'f

^Infrarrojo

-10-4

-io-6

Ullraviolela/ yiSS W&S/faStfff'f'f

> Visible

Onda^^^TV^ FM tiltil

1 0~ay^

UHF .

corta

Onda meda

_ -I O-ioOnda larga

ud dei m.

-io-M

-10-4

- 1

m2- 1(r

-104

Figura 1.2. Espectro de la radiacin electromagntica.

1.4 PRODUCCIN DE RAYOS X.

Los rayos X fueron descubiertos por W.C. Roetgen cuando realizabaexperimentos con rayos catdicos. En sus pruebas descubri que aparecanunos rayos desconocidos como producto del choque de electrones enmovimiento con un slido. A estos rayos se les dio el nombre de rayos X.

Estos rayos son capaces de penetrar tela, madera e incluso el cuerpo humano;adems producen fosforescencia en una superficie de platino con cianuro debario.

Producto de sus investigaciones con los rayos X, Roetgen sac las siguientesconclusiones:

- Existe diferencia con los rayos catdicos- Se propagan en lnea recta a la velocidad de la luz- No se pueden ver, oler, or ni sentir- Penetra algunos tipos de materiales- Causan fluorescencia al incidir en ciertas sales metlicas- Son radiaciones de tipo electromagntico- Producen ionizacin en la materia con la que interactan

1.4.1 ORIGEN.

Los rayos X se producen de dos maneras:

1.4.1.1 Captura Electrnica (Radiacin caracterstica).

En este caso un electrn incidente al colisionar con un electrn orbital del objetivo(Figura 1.3) transfiere la suficiente energa para que este electrn orbital salte auna rbita de mayor energa.

Esta condicin del tomo es inestable, por lo que el electrn regresa a su rbitaoriginal liberando un fotn de rayos X con una cierta longitud de onda quedepende del material del objetivo y la energa entregada por el electrn incidente.

A la radiacin producida sobre la base de este principio se conoce como radiacincaracterstica.

BacMn ndente

Figura 1.3. Produccin de rayos X por captura electrnica.

1.4.1.2 Radiacin de Frenamiento (Radiacin general).

En este proceso (Figura 1.4) un electrn incidente que pasa cerca de un ncleodel tomo del objetivo por colisin columbiana desva su trayectoria y pierde parteo toda su energa. Puesto que la energa no puede desparecer sinotransformarse, esta es irradiada como fotones de rayos X que tienen diferentesvalores de energa, desde valores bajos hasta un mximo que es igual a laenerga cintica del electrn incidente. Su otra caracterstica es que no tienen unafrecuencia definida sino ms bien cubren un espectro amplio. Esta radiacin esrepresentada por un espectro amplio y continuo.

Radiacin de frwiomionto

Figura 1.4. Produccin de rayos X por frenamiento.

1.4.2 INTENSIDAD Y ESPECTRO DE EMISIN DE LOS RAYOS X

Se define como intensidad de rayos X al nmero de fotones multiplicado por laenerga de cada fotn. El espectro de emisin de los rayos X vara con el kilovoltaje, la corriente del tubo, el material del objetivo y la filtracin.

RADIACIN CARACTERSTICA

50 i 00

ENERGA DE LOS FOTONES (keV)

150 200

Fifural .5. Espectro de emisin de los rayos X.

La Figura 1.5 muestra la radiacin caracterstica y la radiacin general para unobjetivo de tungsteno al que se le ha aplicado una diferencia de potencial de 150kV

1.4.3 TUBO DE RAYOS X.

Un tubo de rayos X es un diodo al vaco; esto es, posee un nodo y un ctodo. Elctodo es un filamento de tungsteno con torio del cual se obtendrn loselectrones que al ser acelerados por una diferencia de potencial entre nodo yctodo chocan con el objetivo (Tungsteno con cobre) que es donde se producenlos rayos X.

Rolornodo giratorio

Filamento^

Objetivo' Ventana Focalizada

Figura 1.6. Partes principales de un tubo de rayos X.

1.4.4 GENERACIN DE RAYOS X EN TUBOS AL VACIO

Los electrones producidos en el filamento debido al calentamiento de este semueven hacia el nodo cuando entre nodo y ctodo se aplica una diferencia depotencial. La interaccin de los electrones con el nodo produce rayos X (1%) ycalor (99%), en verdad un rendimiento muy bajo. Los fotones de rayos X son losque se dirigen hacia el organismo humano para formar una imagen.

Para aumentar la generacin de estos rayos es necesario aumentar la velocidad yla cantidad de los electrones que chocan con el nodo y para esto se manipula ladiferencia de potencial que se aplica entre el nodo y ctodo y la comente deltubo, respectivamente.

La produccin de rayos X se podra resumir en:

- Producir electrones libres al caldear el filamento.- Acelerarlos en e! vaco aplicando una diferencia de potencial entre nodo y

ctodo.- Hacerlos chocar con el nodo.- Eliminar los rayos X de baja energa mediante filtros.

La dosis entregada al paciente es una variable crtica que debe manejarse concuidado, ya que, todo el espectro de rayos X contribuye a la dosis, pero no todo el

10

espectro contribuye a la formacin de la imagen. Por lo tanto es necesario filtrarel espectro de baja energa que aumenta la dosis aplicada pero que no aporta a laformacin de la imagen. El proceso de produccin de rayos X ocurre en unaampolla de vidrio al vaco rodeado en primera instancia de aceite (Paraenfriamiento y para aislamiento elctrico) y luego de una carcasa metlica forradade plomo. La intensidad de rayos X vara aproximadamente con el cuadrado delkilo voltaje, esto significa que para duplicar la intensidad de un haz es suficientecon aumentar el kilo voltaje cerca del 41%.

La corriente del tubo de rayos X y el tiempo de exposicin tienen una relacinlineal con la intensidad del haz de rayos X, as para duplicar la intensidad delmismo se puede duplicar la corriente del tubo o el tiempo de exposicin. Esnecesario recalcar que la energa mxima de un haz de rayos X est dado por elvalor de kilo voltaje, as como la cantidad de fotones de dicho haz se fija con lacorriente del tubo y el tiempo de exposicin.

1.5 PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS RAYOS X EN ELDIAGNOSTICO POR IMGENES.

Entre las principales aplicaciones tenemos: la radiografa convencional, latomografa lineal y la tomografa axial computarizada.

1.5.1 RADIOGRAFA CONVENCIONAL.

Tumor-n S\o

Radiografa

Figura 1.7. Radiografa convencional.

11

La Figura 1.7 muestra como se obtiene una imagen en radiografa convencional,se puede ver la fuente de rayos X que emite un haz de radiacin el cual escolimado a un tamao deseado. Esta radiacin es conocida como la radiacinincidente. Los rayos X irradian al.paciente y experimentan una atenuacinocasionada por la anatoma interna. La radiacin atenuada al incidir en unapelcula de rayos X produce una imagen que concuerda con la atenuacinsufrida.

Entre las ventajas de esta tcnica se tiene: campo de visin grande, excelentedetalle de huesos, barato y rpido. Las principales limitaciones en cambio son: lasobre imposicin de las imgenes, no se puede diferenciar estructuras que varanmuy poco en su densidad, algunas reas de la anatoma son inaccesibles a estatcnica al estar rodeadas de huesos.

La radiografa convencional ofrece informacin cualitativa pero requiere unainterpretacin subjetiva; la Figura 1.7 muestra la dificultad que existe paradiscriminar donde se encuentra el tumor.

1.5.2 TOMOGRAFIA LINEAL.

Tubo desrayes X

Posicin 1

Tubo de rayos X

Posicin 2

0 a i Placa1 radiogrfica

Figura 1.8. Tomografa lineal.

12

En la tomografa lineal se aplican los mismos principios de la radiografaconvencional, con la adicin de un movimiento geomtrico preciso. El efecto demover la fuente de radiacin y el plano de deteccin en direcciones opuestassincronizadamente causa que el rea designada por el crculo tenga mayornfasis que las otras. Con esta tcnica se pueden resaltar reas de inters msespecficas, sin embargo sufre de las mismas limitaciones que los rayos Xconvencionales.

1.5.3 TOMOGRAFA AXIAL COMPUTARIZADA.Tomografa AxiaLComputarizada

Presentacin del corle removido

Figura 1.9. Tomografa Axial Computarizada.

Ya se mencion que la tomografa axial computarizada emplea los principiosbsicos de los rayos X. Se llama computarizada debido a que la tcnica dependealtamente de computadores para realizar complejos clculos matemticos queson los que al final producen los datos para formar las imgenes. La Figura 1.9

13

muestra el uso de un haz de radiacin en forma de abanico, el mismo que vatomando diferentes vistas al girar alrededor del paciente. La compilacin de estasvistas tomadas a diferentes ngulos permite la reconstruccin de la seccin(Perpendicular al eje del cuerpo y de all e! nombre de axial) anatmica explorada,la imagen reconstruida ser presentada en un monitor y se podr imprimir en unaplaca fotogrfica. Con la TAC. se minimiza el problema de la superposicin delas imgenes, se mejora el contraste y se pueden ver las diferencias entre losdiferentes tejidos blandos.

Entre sus limitaciones se tiene: el aumento de la dosis, slo se puede hacercortes axiales o angulados de hasta treinta grados, no se resuelve completamenteel problema de la exploracin de rganos o tejidos en reas rodeadas de muchotejido seo, !a presencia de objetos metlicos en el paciente produce artefactosen la imagen.

1.6 GEOMETRA DE UN TOMGRAFO.

La geometra de un tomgrafo est relacionada con la forma de obtener los datospara reconstruir una imagen axial. Conforme han ido apareciendo se les haasignado un nombre dando origen a los sistemas de primera, segunda, tercera,cuarta y quinta generacin.

1.6.1 SISTEMAS DE PRIMERA GENERACIN.

Tubo de rayos X-Traslacin

n1o2 detectores

Figura 1.10. Tomgrafo Axial Computerizado de primera generacin.

14

En los sistemas con geometra de adquisicin de datos de primera generacin seusa un haz de radiacin en forma de lpiz y uno o dos detectores.

Los detectores y el tubo en primer lugar tienen un movimiento de traslacin en elcual se realiza la toma de datos, seguidamente rotan un grado alrededor delcuerpo para comenzar una nuevo secuencia de adquisicin de datos, esteproceso se va repitiendo hasta completar los ciento ochenta grados.

1.6.2 SISTEMAS DE SEGUNDA GENERACIN.

Tubo de rayos XTrasladen

Mayoresincrementosrotacionales

Detectores mltiples

Figura 1.11. Tomgrafo Axial Computarizado de segunda generacin.

En los tomgrafos de segunda generacin se emplea mayor nmero dedetectores y se modifica el haz de radiacin de uno a varios haces de radiacintipo lpiz. La toma de datos se los realiza de manera similar a los tomgrafos deprimera generacin. Puesto que se ha aumentado el nmero de detectores, elmovimiento angular es mayor con lo que el tiempo de exploracin se disminuye(Exploracin de veinte segundos).

1.6.3 SISTEMAS DE TERCERA GENERACIN.

15

Tubo de rayos X

Arreglo de detectores mltiples

Figura 1.12. "Porngrafo Axial Computarizado de tercera generacin.

Con los tomgrafos de tercera generacin se disminuyen an ms los tiempos deexploracin, el sistema de basa en una rotacin continua del tubo de rayos X y unarreglo de detectores. El tubo de rayos X produce un haz de radiacin tipoabanico y los detectores van tomando los datos de una sola vez por vistas. Conesta geometra se han obtenido tiempos de exploracin de hasta dos segundos,esta forma de adquirir datos disminuye los artefactos producidos por movimientosrespiratorios.

1.6.4 SISTEMAS DE CUARTA GENERACIN.Tubo de rayos X con un giro de 360 grados

Arreglo circular estacionario de mltiples detectores

Figura 1.13. Tomgrafo Axial Computarizado de cuarta generacin.

16

Esta generacin de tomgrafos tiene un aro de detectores fijo alrededor delpaciente, la fuente de rayos X se mueve 360 alrededor del paciente y produce unhaz tipo abanico, con este mtodo de exploracin se han logrado exploracionesde hasta 2 segundos.

1.6.5 SISTEMAS DE QUINTA GENERACIN.

. , Haz de electrones,Pistola / _ /

Bobina de enfoqueBobina de deflexin

Bom >as de vacio CamillaAnillos objetivo

Sistema de adquisicin de datosDetectores

Haces de rayos X

Figura 1.14. Tomgrafo Axial Computarizado de quinta generacin.

Son tambin llamados tomgrafos ultra rpidos ya que estos pueden adquirirdatos en milisegundos. La Figura 1.14 muestra sus principales componentes, loshaces de rayos X tipo abanico son producidos por un haz de electrones quegolpea sobre varios aros estacionarios de tungsteno. Este tipo de tomgrafostiene su mayor aplicacin en cardiologa.

1.7 PROCESO DE LA TOMOGRAFA AXIAL COMPUTARIZADA.

La formacin de una imagen en T.A.C. se pueden resumir en tres etapas que son:la adquisicin de datos, la reconstruccin de la imagen y la presentacin,manipulacin, almacenamiento e impresin.

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1.7.1 ADQUISICIN DE DATOS.

La adquisicin de datos se refiere a la coleccin de medidas de atenuacin delhaz de radiacin que pasa a travs del paciente, es necesario tener en cuentaque se deben realizar las medidas suficientes para poder reconstruir una imagen.La forma de recolectar los datos depende de la geometra del sistema, lasdiferentes geometras ya han sido explicadas anteriormente.

1.7.2 RECONSTRUCCIN DE LA IMAGEN.

Luego que se ha obtenido la cantidad suficiente de datos del haz de radiacinrecibido por los detectores, estos son enviados a un computador para serprocesados bajo sofisticados algoritmos de reconstruccin. Al algoritmo dereconstruccin utilizado por Hounsfield en el primer tomgrafo se le llam tcnicade reconstruccin algebraica.

Un computador es el centro de procesamiento, normalmente se necesita un minicomputador con varios micro procesadores. En algunos T.A.C. se usa un arreglode procesadores para realizar los clculos de una forma ms rpida. Losalgoritmos de reconstruccin para tomografa y sus principios matemticos sonvistos con mayor detalle a continuacin.

1.7.3 PRESENTACIN, MANIPULACIN, ALMACENAMIENTO EIMPRESIN.

Una vez que el proceso de reconstruccin ha finalizado la imagen reconstruida espresentada en un monitor, la misma que se imprime para posterior revisin, lasimgenes tambin son almacenadas para ser revisadas en el futuro. Lamanipulacin es muy usada en T.A.C., para lo cual se disponen de diferentespaquetes de software que modifican la imagen hacindolas ms tiles para elobservador. Por ejemplo, se puede reformatear las imgenes axiales paraobtener imgenes coronales, sagitales y paraxiales. Las imgenes tambin

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pueden ser suavizadas, darles realce de bordes y ser reprocesadas para obtenerimgenes 3D.

Las imgenes pueden ser impresas para ser interpretadas por un radilogo ysuelen ser guardadas en un archivo para posterior revisin o manipulacin.Normalmente las imgenes se imprimen en placas fotogrficas para lo cual seusan cmaras multiformato o impresoras lser.

Para almacenar las imgenes se usan cintas magnticas, discos magnticos odiscos pticos.

1.8 ATENUACIN.

Cuando un haz de radiacin pasa a travs de un paciente este es atenuado deacuerdo a la ley de Lambert-Beer, una relacin exponencial que describe lo quepasa con los fotones que viajan a travs de los tejidos.

La atenuacin es la reduccin de la intensidad de un haz de radiacin que pasa atravs de un objeto, algunos fotones son absorbidos y otros son dispersados. Laatenuacin depende del nmero de electrones por gramo, el nmero atmico, ladensidad del tejido y la energa de la radiacin usada.

Hounsfield us un haz de radiacin monocromtica en sus experimentos parasatisfacer los requerimientos de la ley de Lambert-Euler que describe laatenuacin de los rayos X;

Ec. 1.1

Donde: I es la intensidad atenuadalo es la intensidad originale es la base de los logaritmos naturalesH es el coeficiente de atenuacin linealx es el grosor del objeto irradiado

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De la ecuacin 1.1 se puede deducir que:

Ec. 1.2

Fantoma de agua

1000Fotones o o o

e:uf-

410 i

Fotones '{] Detector

1000 rFotones

800 B 640 B 512, 410Fotones

20% -20% -20% -20%

Figura 1.15. Atenuacin de un haz homogneo de radiacin.

En la Figura 1.15 se puede ver como una seccin de agua de igual espesoratena cantidades iguales de un haz de rayos X monocromtico. Otro puntoimportante que hay que notar es que para este tipo de radiacin no se tiene uncambio en la energa de los fotones.

Hounsfield us en sus primeros experimentos fuentes de rayos gamma que sonfuentes de haz monocromtico, pero la toma de datos y la formacin de la imagentom mucho tiempo por lo que decidi usar un tubo convencional de rayos X, elmismo que produce un haz policromtico.

La atenuacin de un haz de radiacin policromtico es un tanto diferente.

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1000Fotones

40 kVPromedio

o(yXE

650

47kV

kVP=100

474

52kV

365

55kV

288

Fotones

57 kV

Promedio

-35% -27% -23% -21%

Figura 1.16. Atenuacin de un haz heterogneo de radiacin.

Al pasar un haz de radiacin poli cromtico por espesores iguales de un mismomaterial este sufre cambios tanto en calidad como en cantidad, la atenuacin yano es exponencial.

En general, la media de energa de un haz poli cromtico est entre un tercio y unmedio del pico de su energa, por ejemplo se puede decir que un haz producido a100 kVp tiene una meda de 40 kV.

En la Figura 1.16 se puede notar que el primer centmetro de agua atena msfotones que los siguientes, tambin se puede ver que los fotones de baja energason atenuados con mayor facilidad.

Los rayos X se atenan debido al efecto foto elctrico (absorcin) y al efectoCompton (dispersin), por lo que la ecuacin de la atenuacin se la puede escribircomo:

Ec. 1.3

Donde: |iip es el coeficiente de atenuacin lineal debido al efectoFotoelctrico.

lie es el coeficiente de atenuacin lineal debido al efectoCompton.

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En vista que la fuente de radiacin que se usa en T.A.C. es policromtica, parapoder determinar los coeficientes de atenuacin lineal se tiene que considerar elnmero de fotones en lugar de la intensidad, entonces la ecuacin puede serescrita como:

N = N0e^x Ec. 1.4

Donde: N es el nmero de fotones receptados.NO es el nmero de fotones originales que ingresan a un tejido.la es el coeficiente de atenuacin lineal de un tejido.

Puesto que el tejido est compuesto de diferentes substancias, esto se puedeescribir como:

Ec. 1.5

1.9 PROCESAMIENTO DE DATOS.

Constituye el principio matemtico relacionado con la T.A.C., los valores deatenuacin adquiridos al explorar un paciente se almacenan como datos brutos enel computador. El procesamiento de los datos se puede resumir en tres pasos:

- Preprocesamiento, en el cual a los datos se les realizan correcciones yreformateo.

- Reconstruccin de la imagen, proceso en el que las medidas de atenuacinson convertidas en una imagen digital caracterizada por los nmeros T. C., losmismos que estn relacionados con los coeficientes de atenuacin lineal.

- El paso final en el procesamiento de datos es el almacenamiento de la imagendigital, esta imagen es almacenada en un disco duro para su posterior revisino post-procesamiento.

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La conversin de las medidas de atenuacin en una imagen de T.A.C. requiere deprocedimientos matemticos llamadas tcnicas de reconstruccin. Entre lastcnicas que se han desarrollado se tienen los mtodos de retroproyeccin, losmtodos iterativos y los mtodos analticos.

A continuacin se definen brevemente algunos conceptos que se manejan en elproceso de la reconstruccin de la imagen como son: algoritmo, trasformada deFourier, convolucin, interpolacin y nmeros T.C.

1.9.1 ALGORITMO.

En general un algoritmo es un conjunto de reglas o directrices para conseguir unasalida especfica a partir de una entrada especfica. Una de las caractersticas deun algoritmo es que todas las indefiniciones deben ser eliminadas, las reglasdeben describir operaciones bien definidas. Adems, un algoritmo debe terminarluego de un nmero finito de pasos.

La solucin de los problemas matemticos en un T.A.C. requiere el uso deprogramas computacionales, a estos programas se los llama, algoritmos dereconstruccin.

1.9.2 TRANSFORMADA DE FOURIER.

Bracewell en 1981 defini la transformada de Fourier como una funcin quedescribe la amplitud y la fase de cada sinusoide, la cual corresponde a unafrecuencia especfica. En otras palabras la transformada de Fourier, es unafuncin matemtica que convierte una seal en el dominio espacial a una seal enel dominio de la frecuencia.

La transformada de Fourier descompone una onda en una serie de funcionessinusoidales y cosenosoidales a diferentes frecuencias y amplitudes. Esto se loexpresa como:

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f(x)= ao/2 + (ai eos x + bi sen x) +...+ (an eos nx + bn sen nx) Ec. 1.6

Donde: a0, ai, a2 ............... anbi.bz.bs ................ bn Son los coeficientes de Fourier

1.9.3 CONVOLUCION.

La convolucin es una tcnica de procesamiento digital de imgenes, se entiendeque modifica las imgenes a travs del uso de una funcin de filtrado. El procesoincluye multiplicacin de porciones superpuestas de la funcin filtrada y la curvade respuesta del detector.

1.9.4 INTERPOLACIN.

Es una tcnica matemtica usada para estimar el valor de una funcin a partir devalores conocidos de la misma. Uno de los mtodos ms simples de interpolacines la llamada interpolacin lineal. Para hallar un valor desconocido de Y se puededibujar una lnea recta entre dos puntos cercanos de valores conocidos y calcularsu valor:

Donde:

X2, Y2

+ (X-Xi)(Y2-Yi)/(X2-Xi)

es el valor desconocido en X.definen el primer punto.definen e! segundo punto.

Ec. 1.7

1.9.5 NMEROS T.C.

A cada pxe! de una imagen de T.A.C. se le asigna un nmero, a este nmero sele llama nmero T.C.; estos nmeros estn relacionados con los coeficientes deatenuacin lineal y son calculados como se indica:

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Nmero T.C. = k (jj.t- Ha) / Ec. 1.8

Donde: jit es el coeficiente de atenuacin lineal del tejido en estudio.Ha es el coeficiente de atenuacin lineal del agua,k es una constante llamada factor de contraste.

Para el primer tomgrafo desarrollado por Electric and Musical Industries (E.M.I.),el valor asignado a k fue de 500, lo cual dio como resultado una escala decontraste de 0.2% por cada nmero T.C. Posteriormente se us un factor decontrate de 1000, logrndose una escala de contraste de 0.1% por nmero T.C.Los nmeros T.C. obtenidos con una constante de 500 se los conoce comonmeros EMI y a los obtenidos con una constante de 1000 como nmerosHounsfield.

Los nmeros T.C., calculados por el computador son convertidos a una escala degrises lo que facilita la visualizacin y la interpretacin de la imagen. Al nmeroT.C. +1000 le corresponde el nivel de brillo blanco, mientras que al nmero T.C.-1000 le corresponde el nivel de brillo negro; a los valores intermedios lescorresponde variaciones del gris.

EscalaHousnfieldi

(1000)nooHu

Hueso/calcificacin

Sangre coagulada I

Materia gris

Materia blanca

Sangre

Agua

Grasa

Figura 1.17. Distribucin de los nmeros T.C.

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1.9.6 LOS NMEROS T.C. Y LOS FOTONES.

El coeficiente de atenuacin lineal n es afectado por varios factores, entre losque se incluye la energa de la radiacin. As se tiene que los coeficientes deatenuacin lineal para el agua a 60, 84 y 122 keV son: 0.206, 0.180 y 0.166 cm"1respectivamente. Por lo tanto, se concluye que la energa del fotn tambinafecta a los nmeros T.C. puesto que ellos son calculados sobre la base de loscoeficientes de atenuacin.

Para el primer tomgrafo (Primera generacin) se consider una energa de! fotnde 73 keV, que es la energa efectiva de un haz de rayos X luego de pasar 27 cmde agua. A 73 keV los coeficientes de atenuacin para hueso y agua son 0.38 y0.19 cm"1; considerando un factor de contraste de 1000 se tiene que el nmeroT.C. que corresponde ai hueso es +1000 y el que corresponde al agua es 0.

Se suele usar una tcnica denominada de alto kV (Normalmente 120) para reducirla dependencia de los coeficientes de atenuacin de la energa del fotn; adems,reduce el contraste entre hueso y tejido blando y produce un flujo de radiacin altoen el detector, con el uso de esta tcnica se obtiene una respuesta ptima deldetector.

1.10 OBJETIVO DE LA TOMOGRAFIA.

lo (Fuente)

(Detector)

Objeto O

Figura 1.18. Distribucin de los coeficientes de atenuacin en un objeto circular.

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Considerando la Figura 1.18 en la cual se tiene un objeto circular representadoen un sistema de coordenadas X-Y, los coeficientes de atenuacin lineal varande punto a punto por lo que se puede decir que n es una funcin de X y Y.Suponiendo un haz de rayos X tipo lpiz que pasa en lnea recta, entonces setiene que la proyeccin est dada por una lnea integral (Suma de los coeficientesde atenuacin lineal que estn infinitesimalmente cercanos).

(x,y) = T9(x) Ec. 1.9

Donde: Te (x) es el haz atenuado al ngulo 0 y que mide la absorcin totalde la radiacin a lo largo de la lnea, tambin es referido como hazsuma.

Se puede decir que el haz suma es la integral de M, (x, y) a lo largo de la direccindel haz. El objetivo de la tomografa es encontrar los valores j (x, y) a partir deun nmero finito de haces suma.

Considerando el caso de un paciente

lo ^Fuente

M-1 H2 ^3 71 >

- I a-(^ X . H X + + n x )- U) e 1 1 + 2 2 n n Ec. 1.10

Haciendo que: = x2=

Se tiene: Ec. 1.11

Los componentes del lado derecho de la ecuacin son valores conocidos, por loque se debe generar las suficientes ecuaciones para poder calcular ^ , ji2 >

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1.11 ALGORITMOS DE RECONSTRUCCIN.

La reconstruccin de imgenes a partir de sus proyecciones est relacionada conlos algoritmos. Para calcular todos los coeficientes de atenuacin lineal senecesita un conjunto de datos de proyeccin. Los mtodos ms utilizados enT.A.C. son la retroproyeccin, el mtodo iterativo y el mtodo analtico(Retroproyeccin filtrada y reconstruccin de Fourier).

1.11.1 RETROPROYECCIN.

A este mtodo tambin se le conoce como el mtodo de la suma o de lasuperposicin lineal. Esta tcnica es la base de la retroproyeccin filtrada que esuna de las ms usadas en los tomgrafos actuales. Para explicar laretroproyeccin se utiliza a continuacin una matriz 2x2.

Entonces se tiene: =

Este es un sistema de cuatro ecuaciones con cuatro incgnitas que es fcilmenteresuelto con un computador. Hay que tener en cuenta que los valores de n seconvierten en nmeros T.C. y posteriormente en una escala de grises.

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O' O'I 45'\\/

Izquierda 90'90*

Derecha

Considerando el ejemplo numrico anterior, en el que un objeto es dividido encuatro partes para poder hallar los valores correspondientes a cada pxel a partirde sus proyecciones a 0, 45, 90 y 135. Los pasos a seguir son los siguientes:

Se llena la matriz con los datos obtenidos en la proyeccin a Oc

Se aade los datos de la proyeccin a 45

Se suma los datos de la proyeccin a 90C

Se aade los datos de la proyeccin a 135C

Se resta el valor que corresponde a la suma de todos los pxeles dela matriz original.

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Si se reduce la matriz a una que no contenga factores comunes, seobtiene la matriz original.

Esta tcnica no produce una imagen definida. Uno de los artefactos que producees el llamado efecto estrella, por lo que no se usa para obtener imgenes entomgrafos comerciales; pero es la base de otros mtodos de reconstruccin.

1.11.2 ALGORITMOS ITERATIVOS.

Un algoritmo iterativo comienza asumiendo un valor que es el mismo para todoslos elementos de la matriz, se lo compara con los valores medidos y se hacen lascorrecciones tratando que estos concuerden, este proceso se repite varias veceshasta que estos coincidan con las medidas o estn dentro de un lmite aceptable.Para explicar el mtodo iterativo de la reconstruccin algebraica que fue usadopor Hounsfield en el primer tomgrafo E.M.I. se utiliza la siguiente ilustracinnumrica.

Se estima el valor promedio (2.5).

Se llena la matriz con el valor promedio.

Primera correccin (estimacin inicial + error 1).Error 1 = (suma horizontal original - nueva suma horizontal) / 2.

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Segunda correccin (primera correccin + error2).Error 2= (suma vertical original - nueva suma vertical) / 2.

Esta tcnica no se usa en tomgrafos comerciales ya que necesita de altaprecisin en la medida del haz transmitido, la reconstruccin demora mucho ypara obtener una buena imagen se deben tomar ms haces suma que pxeles.

1.11.3 ALGORITMOS DE RECONSTRUCCIN ANALTICOS.

Estos algoritmos tratan de solventar las limitaciones que producen los mtodos deretroproyeccin e iterativos, estos mtodos son los que se usan en los tomgrafosactuales. Los mtodos de reconstruccin analtica son: la retroproyeccin filtraday el algoritmo de reconstruccin de Fourier.

1.11.3.1 Retroproyeccin filtrada.

Esta tcnica de reconstruccin se le conoce tambin con el mtodo de laconvolucin o Kernel, es un mtodo similar a la retroproyeccin, la diferencia seencuentra en que los datos de cada proyeccin son filtrados o convolucionadospara eliminar el efecto estrella. Esto se puede ver ms claramente en la Figura1.19,

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,Fuente de Rayos X

Curva de atenuacinRetroproyeccin

Retroproyeccin Simple

___ nitro digitalCurva de atenuacin ~~* Curva de atenuacin fltrada

B Retroproyeccin nitrada

Figura 1.19. Retroproyeccin simple y retroproyeccin filtrada.

Para este mtodo primero se obtienen los datos de la proyeccin, se calcula ellogaritmo de los datos obtenidos, a estos valores se los pasa por un filtro digital(Filtro de Kernel o Ram-Lak), los datos filtrados son retroproyectados. El pasofinal involucra la suma de las proyecciones filtradas. Los filtros digitales entomografa modifican las curvas de atenuacin que se obtienen en cada una delas vistas, logrndose eliminar el efecto estrella. Dependiendo del filtro que seutilice a una imagen se le puede dar un realce de bordes o suavizarla.

1.11.3.2 Reconstruccin de Fourer

Una radiografa puede ser considerada como una imagen en el dominio espacial yque puede ser representada como una funcin f(x, y), esta funcin puede sertransformada como una funcin en el dominio de la frecuencia representado como

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F((a, v) usando la transformada de Fourier, adems se puede regresar al dominioespacial usando la transformada inversa de Fourier.

Al cambiar del dominio espacial al dominio de la frecuencia se puede manipular laimagen al variar las amplitudes de sus componente de frecuencia, estamanipulacin se puede hacer con un computador. Adems la informacin en eldominio de la frecuencia puede ser usada para medir la calidad de la imagen.

La reconstruccin de Fourier es un algoritmo prctico usado por algunostomgrafos. Para esta tcnica se necesita que el objeto se represente como unafuncin f(x, y), se tomen los datos de las proyecciones que representan ta imagenen el dominio espacial. Cada proyeccin se transforma a! dominio de lafrecuencia usando la transformada rpida de Fourier, que es un algoritmodiseado especialmente para implementarse en computador, la imagen en eldominio de la frecuencia se coloca en un arreglo matricial 2n en el que seinterpola la imagen; finalmente la imagen interpolada es transformada al dominioespacial para lo cual se usa la transformada inversa de Fourier.

En el caso de la reconstruccin de Fourier no se necesita ningn filtrado ya que lainterpolacin produce un resultado similar.

1.12 PRESENTACIN DE LA IMAGEN.

El paso final de la tomografa es la presentacin de la imagen, sualmacenamiento y documentacin. La imagen reconstruida por el computador esuna imagen digital que es convertida a una imagen en escala de grises para unamejor interpretacin por parte del radilogo.

La imagen en escala de grises es presentada en un tubo de rayos catdicos o enun monitor de televisin. Mostrar y manipular la escala de grises es importantepara optimizar la fidelidad de la imagen. Un parmetro importante en un monitores la resolucin, la misma que esta relacionado con el tamao de la matriz; elporte de la matriz de representacin puede variar desde 64x64 hasta 1024x1024,

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sin embargo existen monitores de alto rendimiento que pueden presentar matricesde 2048x2048.

1.12.1 NIVEL Y VENTANA.

Una imagen de tomografa est formada de un amplio rango de nmeros T.C. porejemplo: +1000 a -1000 es decir 2000 nmeros T.C.t cada uno de los cualesrepresentan un nivel de gris. Un rango de nmeros pueden ser referidos con elancho de la ventana y el nivel de la ventana (Centro del rango). Por ejemplo: sise escoge un ancho de ventana de 2000 y nivel de ventana de O, se estescogiendo toda la escala de grises; en este caso el observador est perdiendo lacapacidad de notar pequeos cambios, puesto que el ojo humano es capaz dediferenciar solo 40 niveles de grises.

Cambiando en nivel y la ventana se puede variar el contraste de una imagen, elmismo que debe ser optimizado para la buena presentacin de una imagen.

1.12.2 TAMAO DE UN PXEL.

Con anterioridad se ha explicado que la imagen reconstruida es un arreglomatricial de nmeros, el primer tomgrafo de aplicaciones clnicas tena un arreglomatricial de 80x80 (6400 pxeles).

Antes de realizar un examen se escoge el tamao de la matriz de reconstrucciny el tamao del campo de visin de la exploracin, que es una regin circular dela cual se tomarn los datos de los coeficientes de atenuacin lineal.

Durante la recoleccin de datos y la reconstruccin de la imagen, la matrizseleccionada se superpone al campo de visin cubriendo el corte a ser explorado.Puesto que el corte de exploracin tiene medida de profundidad el pxel seconvierte en Voxel o elemento de volumen, la radiacin pasa a travs de cadavoxel de la matriz generando la informacin que al ser computada produce unnmero T.C. para cada pxel de la imagen. Tambin se puede escoger un

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tamao de campo de presentacin, que es menor o igual al tamao de campo deexploracin.

El tamao del pxel puede ser calculado como:

Tamao pxel = Tamao del campo de visin / tamao de la matriz Ec. 1.12

El tamao de pxel en los tomgrafos comerciales vara entre 0.5 y 5 mm, a cadapxel le corresponde un nivel de gris; la imagen puede tener 256, 512, 1024, 2048o 4096 niveles en la escala de grises, para lo cual se requiere que un nmero T.C.sea representado con 8, 9, 10, 11 o 12 bits.

Un nmero T.C. de 12 bits cubre el rango de -1000 a +3095 que da un total de4096 (212) niveles de grises.

1.13 TOMOGRAFIA HELICOIDAL.

La necesidad de disminuir los tiempos de exploracin a niveles inferiores alsegundo, as como la necesidad de mejorar las imgenes 3D llevaron aldesarrollo de los tomgrafos de rotacin continua que usan la tecnologa deanillos deslizantes, haciendo posible la adquisicin de datos volumtricos, conesto se evita uno de los principales inconvenientes que tiene un tomgrafoconvencional en la adquisicin de datos: la aceleracin y el frenado de todo elsistema de adquisicin de datos.

En la tomografa convencional el tubo de rayos X gira alrededor del paciente ytoma datos corte a corte, entre cada corte se tiene un desplazamiento de lacamilla que soporta el paciente; esta secuencia contina hasta terminar con todala adquisicin de datos.

El proceso de adquisicin se puede resumir en los siguientes pasos:

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- El tubo de rayos X y el detector deben ser acelerado hasta una velocidadconstante para la adquisicin de datos.

- Durante la rotacin del tubo se generan los rayos X que pasan a travs delpaciente y se realiza la adquisicin de datos.

- El tubo de rayos X es frenado y finalmente se detiene.- Se mueve la camilla con el paciente hasta la nueva posicin de exploracin.- Se inicia un nuevo proceso de adquisicin de datos, pero cambiando el sentido

del giro para poder desenvolver los cables.

Entre las limitaciones de la tcnica de adquisicin de datos convencionales setiene:

- Tiempos de exmenes largos, en vista que para cada corte se necesitantiempos de aceleracin y frenado del tubo de rayos X, tiempo de adquisicinde datos y tiempo para el desplazamiento de la camilla.

- Omisin de partes de la anatoma debido a inconsistentes fases derespiracin

- Imgenes 3D y multiplanares de menor calidad- Al usar contraste no todos los cortes presentan uniformidad.

1.13.1 GEOMETRA DE LA TOMOGRAFA HELICOIDAL.

Figura 1.20. Geometra de la tomografa helicoidal.

En esta tcnica de exploracin el tubo de rayos X y la camilla que soporta alpaciente, estn en movimiento continuo. La trayectoria que describe el tubo con

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respecto al paciente es de una espiral o hlice, razn por la que a este tipo detomgrafos se los llama espirales o helicoidales.

Esta clase de geometra produce una adquisicin de datos volumtrica motivo porel que a estos tomgrafos tambin se los llama tomgrafos de exploracin envolumen.Se puede decir que la tomografa helicoidal o de volumen es una tcnica en lacual el paciente es transportado continuamente hacia el gantry mientras seadquieren datos continuamente durante varias rotaciones completas (360). Aesta tcnica se har referencia como la tomografa helicoidal.

Para la implementacin de esta tcnica se necesitan:

- Rotacin continua del tubo de rayos X, basado en la tecnologa de anillosdeslizantes.

- Movimiento continuo de la camilla que soporta al paciente.- Tubos de rayos X que soporten alta carga de trabajo.- Algoritmos de reconstruccin helicoidales.- Memorias de recepcin de datos de mayor capacidad.

Comienzo dela exploracin

Trayecto descrita'por el tubo de rayos X

Direccin del movimientodel paciente

Figura 1.21. Adquisicin de datos en Tomografa Helicoidal.

Para la adquisicin de datos el movimiento del paciente debe ser lento yconstante, un movimiento rpido causa artefactos en la imagen y temor en el

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paciente; las velocidades de desplazamiento del paciente varan entre 1 y 10mm/s.

La tomografa helicoidal ha tenido que solventar algunos problemas como:

- Falta de un corte definido.- Se tiene una geometra diferente a un tomgrafo convencional.- El ancho efectivo del corte se incremente.- Los datos obtenidos no son consistentes.- La reconstruccin usando algoritmos normales producen artefactos

Rotacin del tubo de Rayos X

'Eje de rotacin

Rotador) dd tubo de Rayos XX

i > de relacinPlano de corte

laz de Rayos X proyectado.._deRayosXlnterpolado

^Haz de Rayos X proyectado

Figura 1.22. Representacin grfica de un algoritmo de interpolacin helicoidal.

Para resolver los problemas enumerados anteriormente se han desarrolladotcnicas especiales de procesamiento, una de ellas obtiene los datos quecorresponden a una exploracin planar a partir de los datos helicoidalesoriginales; este proceso de interpolacin aumenta el tiempo de reconstruccin,pero es un tiempo mucho menor que el tiempo entre exploracin y exploracin deun tomgrafo convencional.

Mltiples son las ventajas de la tomografa helicoidal, entre los principales sepueden enumerar:

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- Adquisicin de datos volumtricos.- Menor tiempo de examen.- Exploracin sin vacos.- Reduccin de artefactos por movimiento del paciente.- Se puede obtener cortes de cualquier posicin del barrido.- Desaparecen los efectos debido a los diferentes niveles de respiracin.- Mejor uso de tcnicas con contraste.- Imgenes con contraste uniforme.- Reconstrucciones multiplanares y 3D ms reales.- Ms aplicaciones clnicas.

A la tomografa helicoidal tambin se le puede anotar algunas limitaciones comoson:

- Necesidad de tubos diseados para trabajo ms pesado.- La interpolacin puede producir imgenes no ntidas- Se aumenta el tiempo de reconstruccin.

Un tomgrafo puede ser descrito en trminos de principios fsicos y deconsideraciones tecnolgicas. Los principios fsicos envuelven los conceptos dela Fsica y las Matemticas, los mismos que ayudan a entender como seproducen una imagen. La tecnologa en cambio se refiere a la implementacinprctica de estos principios cientficos. Los principios fsicos y tecnolgicos deesta tcnica para producir imgenes de diagnstico mdico se pueden resumir en:la adquisicin de datos, el procesamiento de datos y la presentacin de la imagen.Estos trminos sean discutidos aqu de manera general, partes relativamente msimportantes se vern con mayor detalle en el siguiente captulo.

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CAPITULO 2

ESTUDIO DESCRIPTIVO DE UN T.A.C.

Este captulo se concentra en la descripcin de un tomgrafo tpico como unsistema que ha sido diseado para obtener el mximo provecho de la generacinde los rayos X, la tecnologa mecnica de alta precisin, la electrnica y lacomputacin. De este estudio se pretende extraer las caractersticas msimportantes de los componentes de un T.A.C. en cuanto a la produccin deimgenes de excelente calidad y aquellos componentes que por su naturaleza sedesgastan o cambian de caractersticas y necesitan por lo tanto un mantenimientoy un control de calidad adecuados.

Los diferentes componentes de un tomgrafo, desde el punto de vista funcional,pueden ser agrupados en:

1. Sistema de imagen2. Sistema de computacin3. Sistema de presentacin, almacenamiento e impresin

Adems de estos tres sistemas se tienen ciertas opciones y accesorios quetambin suelen ser parte de un tomgrafo tpico.

2.1 SISTEMA DE IMAGEN.

El propsito de este sistema es producir rayos X, darle forma al haz de radiacin,filtrarlo, detectar y medir la radiacin que pasa a travs del paciente, y convertiresta informacin en datos digitales. Los principales componentes de este sistemason: el generador de rayos X, el tubo de rayos X, los colimadores, el filtro, eldetector y la electrnica del detector.

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Estos componentes se pueden ver en la Figura 2.1.

GANTRY

COLIMADOR

CAMPODE

VISION

DETECTOR

SIST.DEADQ.DEDATOS

Figura 2.1 Sistema de imagen

El generador y el tubo son los encargados de producir los rayos X. La radiacinque sale del tubo de rayos X es filtrada para proteger al paciente de los rayos debaja energa y asegurar que un haz ms uniforme llegue a los detectores. Loscolimadores restringen el haz de radiacin al grosor de corte que se va explorar.

El detector captura los fotones de rayos X y lo convierte en una seal elctricaanloga que al ser alimentada a la electrnica del detector (sistema deadquisicin de datos) la convierte en una seal digital.

En los as denominados tomgrafos de rotacin-rotacin, la mayora de loscomponentes se encuentran en el gantry, que es un armazn mecnico querodea al paciente en el plano vertical.

Contiene una armadura rotativa en las que se montan: el tubo de rayos X, losdetectores y la electrnica del detector.

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En los tomgrafos de anillos deslizantes el generador de rayos X se incluyetambin dentro del gantry, los mismos que son pequeos, de estado slido, y dealta frecuencia. Fsicamente se encuentran cerca del tubo de rayos X lo que evitael uso de cables de alta tensin largos, que son tpicos de los tomgrafos derotacin-rotacin.

Dos caractersticas importantes del gantry son su apertura y la inclinacin, laapertura es la parte vaca del gantry que permite el posicionamiento del paciente.La inclinacin se refiere al giro que con respecto a la vertical puede realizar elgantry y permite realizar diferentes tipos de exmenes.

La mesa que soporta al paciente es fuerte y rgida, normalmente hecha de fibrade carbn que absorbe poca radiacin y que adems es liviana y rgida. La mesatiene dos tipos de movimiento el vertical y el horizontal. Ei movimiento verticalpermite el acceso del paciente a la mesa para su posicionamiento, mientras queel movimiento horizontal permite el posicionamiento del paciente y la exploracin.

2.2 SISTEMA DE COMPUTACIN.

El sistema de computacin es el encargado de reconstruir la imagen, tambinpermite manipular las mismas para poder obtener reconstrucciones multiplanaresy en 3D.

En el sistema de computacin se incluyen perifricos, unidad central de proceso,arreglo de procesadores, interfases, procesador para la retroproyeccin, aparatosde almacenamiento y aparatos de comunicacin. Tambin es parte del sistemade computacin los programas que controlan cada uno de los componentes pararealizar tareas especficas, por ejemplo controlar el procesamiento, de laexploracin, ampliacin de la imagen, anotacin en la imagen, presentacin deimgenes mltiples, etc.

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Actualmente las arquitecturas de ios computadores en los TAC. son capaces demultiprocesamiento, en el cual varios procesadores pueden realizar mltiplestareas al mismo tiempo. Las arquitecturas que facilitan el procesamiento son:paralela, distribuida y en lnea.

En el procesamiento en lnea se tienen asignados diferentes procesadores paratareas especficas y que estn bajo el dominio de un controlador de procesoglobal.

La arquitectura de procesamiento paralelo consiste de varios procesadoresmultitareas acoplados a travs de un bus y que estn distribuidos entre laexploracin, presentacin y manejo de archivos.

En los tomgrafos con procesamiento distribuido se tienen varios procesadoresconectados a un multibus.

El software que se incluye en un tomgrafo permite la comunicacin con eloperador, controlar la exploracin y la reconstruccin de la imagen, presentar laimagen y manipularla, y controlar los componentes del computador (sistemaoperativo).

2.3. SISTEMA DE PRESENTACIN, ALMACENAMIENTO EIMPRESIN.

Este sistema presenta la imagen digital en una forma que sea fcil de entender ydiagnosticar, permite realizar una impresin de la imagen (los radilogos prefierendiagnosticar de una placa de rayos X), facilita el almacenamiento y larecuperacin de los datos de los estudios.

Actualmente, las imgenes se muestran en tubos de rayos catdicos, se imprimenen placas de rayos X y se almacena en cintas magnticas, discos magnticos,discos pticos y discos magntico-pticos.

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Las imgenes son almacenadas en arreglos matriciales de dos dimensiones, en elque el pxel tiene un determinado nmero de bits que representan la escala degrises. Las imgenes de T.A.C. por ejemplo tienen matrices de imagen de512x512x (8-12), en este caso el nivel de grises vara entre 512 (28) y 4096 (212).

Para almacenar una imagen 512x512x2 bytes (16bits) se requiere de 0.5 MB. Siun estudio de tomografa tiene 20 imgenes, la capacidad total necesaria paraalmacenar el estudio sera de 10MB.

En un tomgrafo es importante el tipo de equipo para el almacenamiento, lacapacidad de almacenamiento y el nmero de imgenes que se guardan en cadaaparato.

Para la impresin de las placas fotogrficas normalmente se usan cmarasmultiformato y cmaras lser. Las cmaras multiformatos fueron muy popularesen el pasado, actualmente lo ms usado son las cmaras lser. Dos tipos decmaras lser se encuentran disponibles en el mercado, ellas son las cmaraslser de estado slido y las cmaras lser de gas.

2.4 OPCIONES Y ACCESORIOS.

Una amplia variedad de opciones y accesorios estn disponibles para un T.A.C.tanto en hardware como en software. Entre las opciones de Hardware se tienen:discos pticos, discos ptico-magnticos, estaciones de diagnsticoindependientes, cmaras multiformato y cmaras lser. Entre las opciones desoftware se incluyen: densitometra sea, exploracin dinmica, reconstruccin3D, reconstruccin multiplanar, tomografa dental, transmisin de datos y serviciotcnico en lnea.

Los accesorios sirven para soporte, inmovilizacin o confort del paciente; as setiene: soporte para brazos, soporte para piernas, rieles a los costados,

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extensiones para la mesa, soporte para la rodilla, cabezales para estudios axialesy coronales.

El diseo modular es uno de los conceptos ms importantes en la tomografaactual, este diseo permite y simplifica la actualizacin de un tomgrafo; para estose requiere que tanto el hardware y el software se hayan diseado por mdulos.

FLUJO DE ACEITE

IciLINDROfl

Figura 2.2. Diagrama de bloques de un tomgrafo rotacin-rotacin.

En la Figura 2.2 se puede ver los componentes principales del modelo detomgrafo conocido como rotacin-rotacin. Estos componentes principales son:consola del operador, mesa, gantry, sistema de adquisicin de datos, detector,generador de rayos X y Software del sistema. En el estudio descriptivo del T.A.C.se har referencia a cada uno de estos componentes principales.

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2.5 CONSOLA DEL OPERADOR.

CPUFLOPPY

tf ' C.D.F.

PROCESADOR

CONTROL DEMEMORIA

h^ ^i_1 nifirn r" " C.D.D.

MEMORIA

\^pnpn V

.- ~2~TRACKBALL -* -X*-*"

_ SB '

TG/XG *- "*

^fe|

MISCELAN.

RS232

C.CMF

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W= C. P. D.

*CONTROL DE

PANELDACTIL

*

rf^N

: Q - **

: f = LP ^J

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CONTROL

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MEMORIA

AUMENTODE

MEMORIA

*-* PROCESADOR

*-^ UF8US

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DEL SISTEMA BUSE-S

BUFFER S A D r o o !

1

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IMAGEN

CONTROLMONITOR

0

(

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Figura 2.3. Diagrama de bloques de la consola del operador.

La consola del operador sirve principalmente para controlar el procesamiento dela imagen y el manejo de los otros subsistemas. Los componentes principales dela consola son: la unidad central de proceso, la tarjeta de display, la unidad deprocesamiento de imagen y la unidad de miscelneos.

La unidad central de proceso se encarga de la transferencia de datos, controlatoda la secuencia de exploracin, supervisa la operacin de las unidades deprocesamiento y de presentacin de la imagen.

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La tarjeta de display es responsable de mostrar la imagen y recibe los comandospara el controlador del monitor. Las instrucciones para esta tarjeta principalmentevienen de la unidad de procesamiento de imagen.

La unidad de procesamiento de imagen se encarga del proceso y lareconstruccin de la misma.

El mdulo de miscelneos se encarga de otras funciones que se requieren en elsistema como son las de interfaz entre los subsistemas; principalmente de launidad central de proceso con el panel de exploracin, el teclado, el trackball y elpanel dctil.

En la consola del operador se tienen tres buses, ellos son: el bus del sistema, elbus de la unidad de procesamiento de la imagen y el bus de entrada y salida.

2.5.1 UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO.

Esta unidad contiene un microprocesador, memoria ROM, memoria SRAM,memoria DRAM, el controlador de acceso directo a la memoria, el controlador deldisco floppy, el controlador SCSI, el controlador de interrupciones, eladministrador del bus y el calendario.

El controlador de la memoria permite el acceso a la misma y la posteriortransferencia de los datos de memoria a travs del bus del sistema.

La funcin del controlador del floppy es el de permitir la transferencia de datosentre un disco floppy y la memoria interna.

El disco duro es de tecnologa SCSI.

El administrador de interrupciones prioriza los requerimientos de interrupcinrecibidos del bus del sistema, tambin localiza el origen de la interrupcin.

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Existen conmutadores y LEDs para conocer el estado de la unidad central deproceso, as como para realizar diagnsticos y chequeos funcionales de dichaunidad.

La unidad central de proceso es el elemento principal de control de un tomgrafo.Controla las unidades de procesamiento de imagen, miscelneos y display;adems, realiza otras funciones como: procesamiento de datos importantes,supervisin de la secuencia de exploracin, generacin de los datos que sesuperponen sobre una imagen, ejecucin de algunos diagnsticos y autorizacinpara un apagado de emergencia.

2.5.2 UNIDAD DE DISPLAY.

La unidad de display contiene los siguientes bloques: buffer para el sistema deadquisicin de datos, buffer para la imagen, y bloque de superposicin de laimagen.

El buffer del sistema de adquisicin de datos, almacena temporalmente los datosrecibidos de la interfaz del sistema de adquisicin de datos. Estos datos estndisponibles para la unidad de procesamiento de imagen a travs dei bus deentrada-salida.

El buffer de imagen almacena temporalmente los datos recibidos de la unidad deprocesamiento de imgenes, realiza las conversiones necesarias antes de enviarestos datos al monitor.

La tarjeta de display se comunica con los otros subsistemas a travs del bus delsistema y a travs del bus entrada-salida. El bus del sistema se usa para lacomunicacin con la unidad central de proceso para el intercambio de los datosque se van a superponer sobre la imagen. El bus de entrada-salida se usa parael intercambio de datos de imagen y para el envo de datos brutos provenientesde la interfaz de la adquisicin de datos hacia la unidad de procesamiento.

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2.5.3 UNIDAD DE PROCESAMIENTO DE IMAGEN.

El procesador de esta unidad recibe las instrucciones del procesador principal,para la creacin de las imgenes la unidad utiliza los datos brutos provenientesdel sistema de adquisicin de datos.

Las partes principales de esta unidad son:

1. Microprocesador2. Memoria de datos3. Control de registros y4. Bus de entrada-salida.

El procesador es RISC con una capacidad de operacin en el orden de las megainstrucciones de punto flotante por segundo. Su capacidad de procesamiento sepuede ampliar conectando un buffer de imagen y hardware adicional para lareconstruccin de la imagen.

La memoria de datos est constituida por los conocidos mdulos SIMM. Unaconstruccin de doble prtico permite que la memoria de datos sea accesada porla unidad de procesamiento de imagen o por equipos conectados al bus delsistema.

Los siguientes son los registros que se incluyen en la unidad de procesamiento deimagen: registro de reinicializacin, registro de aborto, registro de requerimientosde interrupcin, registro de conocimiento de interrupcin, registro de la mscarade interrupcin, registro del LED de estado, registro de conmutadores, registro dememoria extendida y registro del microprocesador.

Existen ranuras de expansin para incrementar la capacidad de la unidad deprocesamiento de imagen, al conectar a este bus por ejemplo el buffer de imageno el hardware de retroproyeccin.

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2.5.4 UNIDAD MISCELNEOS.

La funcin principal de la unidad de miscelneos es ser la interfaz entre la unidadcentral de procesos y los equipos de entrada y salida de datos como son: el panelde exploracin, el teclado, el trackball, la cmara multiformato, el panel tctil y elprtico serial de diagnstico remoto.

Para realizar sus funciones la tarjeta de miscelneos utiliza dosmicroprocesadores, registros de control-estado-datos y transmisores-receptoressincrnicos-asincrnicos universales.

Se puede dividir la tarjeta de miscelneos en los siguientes bloques: interfacescon el bus del sistema, interfaces con la consola de operacin, interfaces con elteclado y el trackball.

En el bloque de interfaces con el bus del sistema se tiene: interfaz con el puertoserial para diagnstico remoto, interfaz con el panel tctil.

El bloque de interfaces con la consola se comunica con los procesadores delgantry, de la mesa, centro de energa. La comunicacin se realiza en formaserial.

Entre las interfaces que se tienen en este bloque se puede enumerar: interfaz conel generador de rayos X para monitoreo en operacin, interfaz con el generadorde rayos X para control, interfaz para la vigilancia de voz automtica, interfaz conel panel de exploracin.

El ltimo bloque de la tarjeta de miscelneos lo constituye la interfaz con elteclado, la interfaz con el trackball, y la interfaz con la cmara multiformato

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2,6 MESA Y GANTRY.

AUDIOEDIFICADOR

IOTOR AXIAL

M 1 MOTORINCLINACIN

CODIFICADOR~-C

POTENCIMETRO HORIZONTAioPOTENCIMETRO VERTICAL

CONMUTADOR ENGANCHE

TARJETADLAMESA

TARJETAAZIMUT

BOMBA DE ELEVACIN

VLVULA DEELEVACIN

POTENCIMETRODE INCLINACIN

CONMUTADOR PTICO CCW_ CONMUTADOR PTICO CW

CONMUTADOR LMTE DE ORO

CONMUTADOR IMTE DE GKOCONMUTADOR POSICIN CERO

MOTOR

SENSOR DE GOLPE f S J f C ^CONMUTADOR DE LIMITE

Figura 2.4. Diagrama de bloques de la mesa y el gantry.

El subsistema de la mesa y el gantry fsicamente incluyen los detectores y el tubode rayos X, los cuales, por su importancia y su forma de funcionamiento, sonconsiderados parte de los subsistemas generador de rayos X y sistema deadquisicin de datos, respectivamente.

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La fuerza para la rotacin del gantry es suministrada por el motor de azimut(axial), que es controlado por el procesador del gantry a travs de una interfaz yun servo amplificador. Para el monitoreo del gantry se disponen de sensorespticos, conmutadores y codificadores.

La inclinacin del gantry es controlada por su procesador, el mismo que manejaun motor elctrico que a su vez acta sobre un cilindro hidrulico.

i La mesa tambin es controlada por un microprocesador. Un cilindro hidrulicopermite el movimiento de subida-bajada de la mesa; mientras que la variacinhorizontal se realiza a travs de un motor de paso que tambin es controlado porel microprocesador de la mesa.

Los procesadores de la mesa y el gantry se incluyen en una sola tarjeta llamadaprocesadora mesa-gantry.

Los principales componentes de este subsistema son: la tarjeta procesadora* mesa-gantry, la tarjeta de interfaz con los componentes relacionados con los

movimientos, el cilindro de inclinacin del gantry, el cilindro de subida-bajada dela mesa, motores-sensores-conmutadores-displays, el panel de control del gantry,el colimador y el sistema de intercomunicacin.

2.6.1 PROCESADOR MESA-GANTRY.

En la tarjeta procesadora mesa-gantry se tienen dos microprocesadores, unocontrola el gantry y otro controla la mesa; los dos se comunican con la consola deloperador serialmente.

La tarjeta procesadora mesa-gantry tiene como principales funciones: control delmovimiento axial, control de la inclinacin del gantry, entrada y salida de la camillade la mesa, movimiento vertical de la mesa, apertura del colimador, encendido yapagado de las luces de posicionamiento, control del display, control del sistema

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de adquisicin de datos, activacin del alto voltaje para la produccin de rayos X,control de los conmutadores del gantry y deteccin de errores en loscomponentes asociados a esta tarjeta.

En la tarjeta procesadora mesa-gantry tambin se tiene un conjunto deconmutadores los cuales son usados para controlar el giro del gantry. A travs deestos controles se puede escoger: giro controlado por el sistema, rotacindeshabilitada, giro controlado manualmente, giro manual arbitrario, giro manualpreestablecido, habilitacin del servo amplificador, velocidad del giro bajo elcontrol manual y sentido del giro.

2.6.2 TARJETA DE EVTERFACES.

Las interfaces que maneja esta tarjeta estn relacionadas con la rotacin delgantry, la inclinacin del gantry y la subida-bajada de la mesa. Estoscomponentes son: servo amplificador, el cilindro de inclinacin y cilindro hidrulicode la mesa. La tarjeta de interfase recibe los comandos de control de la tarjetaprocesadora mesa-gantry as como las seales de estado del gantry, la mesa y elservo amplificador.

El control del giro del gantry y su monitoreo se lo realiza con el servo amplificador.

2.6.3 SERVO AMPLIFICADOR.

El servo amplificador recibe las seales de control de la tarjeta interfaz del gantryy suministra la potencia al motor de azimut, para que este mueva el conjunto delgantry. Recibe seales del estado del codificador de posicin de giro que estacoplado al motor de azimut.

En el servo amplificador se incluye un display, el mismo que se usa para saber elestado del servo amplificador. Si se produce una condicin de falla, existe unbotn para reinicio del servo amplificador.

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2.6.4 TARJETA DE LA MESA.

La tarjeta de la mesa recibe rdenes del procesador mesa-gantry, adems envaa la tarjeta procesadora mesa-gantry seales del estado de algunos componentesque forman parte de la mesa como son: el codificador del movimiento horizontal,el potencimetro de posicin horizontal, el potencimetro de posicin vertical, losconmutadores de enganche de movimiento horizontal, el sensor de golpes, elmanejador del motor de paso y el motor de paso que mueve la camilla.

*

2.6.5 MOTORES, CONMUTADORES.

Para mover y saber la posicin del gantry y de la mesa se utilizan motores,conmutadores y sensores; los principales que se tienen en el gantry son:codificador digital azimut, sensores pticos de las posiciones de descanso, micro-conmutadores que sensan el limite de giro, sensor ptico generador del pulso delgantry, micro-conmutador que sensa el estado de los cables, potencimetro que

* indica la inclinacin del gantry, sensores de cobertores en posicin normal y motortrifsico para movimiento axial.

El codificador digital azimut se encuentra acoplado al motor de giro del gantry,este genera pulsos que permiten saber el desplazamiento total del gantry desde laposicin cero. Los pulsos que produce son enviados al control del servoamplificador.

El gantry dispone de posiciones de descanso fas mismas que se detectan a travsde foto conmutadores. Tambin se dispone de un micro-conmutador deseguridad para detectar la posicin mxima de giro.

En la mesa se tiene los siguientes motores, conmutadores y sensores: codificadordigital de desplazamiento horizontal, potencimetro de desplazamiento horizontal,potencimetro de desplazamiento vertical, conmutadores de enganche de la mesa

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para movimiento horizontal y motor de paso de cinco fases para desplazamientohorizontal de la camilla.

Para efectuar el desplazamiento horizontal de la mesa el sistema depende de unmotor de paso que es controlado por la tarjeta procesadora mesa-gantry.

El codificador digital de desplazamiento horizontal registra el movimientohorizontal de la mesa, permitiendo medir la distancia de desplazamiento.Los potencimetros de posicin horizontal y vertical indican las posicionesactuales de la mesa.

Los conmutadores de enganche permiten que el desplazamiento de la mesa estebajo el control del sistema.

En el gantry tambin se dispone de un conjunto de foto sensores para saber laapertura del colimador, esta apertura se controla con un motor paso de dos fases.

2.6.6 SISTEMA HIDRULICO DE LA MESA.

El sistema hidrulico se usa para subir y bajar la mesa desde y hasta la altura deexploracin. La mesa se eleva mediante el flujo de aceite hidrulico que esintroducido por una bomba elctrica, en cambio la mesa baja por gravedad.

Los principales componentes de este subsistema son: vlvula check, vlvulafusible, vlvula electromagntica, control de velocidad, vlvula de seguridad,bomba hidrulica y motor.

La vlvula check permite el flujo de aceite solo en el sentido tal que aumente laaltura de la mesa.

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La vlvula fusible normalmente permite el flujo de aceite en el sentido queaumente la altura de la mesa, a no ser que la diferencia de presin entre susterminales sea menor a un valor fijado.

La vlvula electromagntica permite el regreso de aceite a su depsito cuando seactiva el conmutador que da la orden de bajar la mesa. El control de velocidadmantiene una velocidad constante de subida independiente del peso que soportala mesa o la temperatura del ambiente.

La vlvula de seguridad acta cuando se tiene una presin muy alta producida porun excesivo peso del paciente y permite el regreso del aceite hidrulico a sudepsito.

2.6.7 PANEL DEL GANTRY.

En el gantry se dispone de varios pulsadores que permiten controlar manualmentela posicin de la camilla y la angulacin del gantry. Adems se dispone depulsadores de encerado de la posicin horizontal, movimiento al plano deexploracin y activacin de las luces de posicionamiento. El panel del gantrytambin contiene indicadores luminosos para mostrar: la posicin horizontal de lamesa, la angulacin del gantry, la direccin de movimiento de la mesa, ladireccin de inclinacin del gantry e indica la exposicin de rayos X.

2.6.8 COLIMADOR.

El ensamble del colimador contiene: un filtro, el motor de apertura, los sensorespticos de la posicin de apertura y la tarjeta de apertura.

El filtro del colimador removible es del tipo lazo de corbata. Este filtro compensael hecho de que no se tiene la misma distancia entre la fuente de rayos X y eldetector. La apertura del colimador se maneja con motor paso de dos fases y unsistema de resortes. El motor mantiene las hojas de la apertura en contra

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posicin del sistema de resortes. Cuando se retira la alimentacin los resortesmueven las hojas de apertura a la posicin de cerrado.

La tarjeta de apertura recibe del procesador mesa-gantry las seales que sirvenpara controlar la abertura de los colimadores y enva las seales de estado de laabertura hacia la tarjeta de la procesadora mesa-gantry.

2.6.9 EVTERCOMUNICADOR-

El gantry dispone de un sistema de intercomunicacin entre el cuarto del pacientey el cuarto del operador. En el gantry estn instalados micrfonos y parlantes.

2.7 SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS Y DETECTOR.

GANTRY

FUENTE DEPOLARIZACCFT-

CALENTADOR* =

CABLES PLANO:SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS

SUBSISTEMADETECTOR-SAD.

CONTROL DETEMPERATURA

Figura 2.5. Subsistema detector-sistema de adquisicin de datos.

El equipo de tomografa en anlisis usa un sistema de detectores llenados congas Xenn para medir la atenuacin de los rayos X que pasan a travs delpaciente.

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Cuando los fotones de rayos X entran en el detector estos ionizan el gas yproducen una corriente elctrica entre las platinas de! detector que se encuentranpolarizadas.

Esta seal de corriente est conectada al sistema de adquisicin de datos, dondelas seales dbiles de corriente son convertidas en voltaje, digitalizados ytransferidos a la unidad de procesamiento de datos, el detector y el sistema deadquisicin de datos est compuesto por: detector, fuente de polarizacin de los

m detectores, control de temperatura del detector y electrnica del sistema deadquisicin de datos. Estos componentes se pueden ver en la Figura 2.5.

2.7.1 DETECTOR.

CANALES ATERRIZADOS CANALES ATERRIZADOS

CANALES ATERRIZADOS CANALES ATERRIZADOS

/ ^

CANALES DE REFERENCIA CANALES DE REFERENCIA

Figura 2.6. Canales del detector de rayos X.

El detector est conformado por canales activos, canales de referencia y canalesaterrizados. Los canales activos estn conectados directamente al sistema deadquisicin de datos y tienen como tarea producir la informacin til para laobtencin de una imagen tomogrfica. Los canales aterrizados se conectan atierra y sirven de blindaje para los canales de referencia. Los canales dereferencia se conectan en paralelo para producir dos seales de referencia para elsistema de adquisicin de datos.

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Estas seales generan datos que posteriormente son usados por los canalesactivos que son los generadores de ios datos para producir la imagen.

2.7.2 FUENTE DE POLARIZACIN DEL DETECTOR.

Esta fuente alimenta las celdas del detector. Se conecta al mismo utilizandocable coaxial y conector BNC. A la entrada del detector se tiene conectada unaresistencia de alto valor hmico que sirve para descargar la energa almacenada

* en las celdas cuando se retire la alimentacin de la fuente de polarizacin. Elvoltaje que maneja esta fuente normalmente es de 1000 VDC.

2.7.3 CONTROL DE TEMPERATURA.

El detector incluye una unidad de calentamiento en su interior que evita que eldetector sufra cambios de temperatura. Aproximadamente se requieren treshoras para calentar el detector hasta su temperatura de funcionamiento, cuandose ha retirado la alimentacin al detector por mucho tiempo. Por este motivo estaparte del equipo normalmente se encuentra energizada todo el tiempo.

Esta unidad est conformada por: un termistor, un calentador, un conmutadortrmico y el control de temperatura.

El termistor es el detector de la temperatura, produce una seal de voltaje que esproporcional a la misma y que es enviada al control de la temperatura.

*

En el control de temperatura se tiene un circuito comparador, donde se comparaun voltaje de referencia con el voltaje producido por el termistor. La salida delcontrol enciende o apaga el calentador.

Un conmutador trmico se utiliza para prevenir un calentamiento excesivo en elcaso de que falle el control de temperatura.

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2.7.4 EVTERFAZ DETECTOR-SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS.

La interfaz entre estos dos componentes es un conjunto de cables planos cortosde 34 lneas cada uno, de los cuales 32 se usan para la transmisin de sealesmientras que 2 lneas se conectan a tierra.

2.7.5 SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS.

El sistema de adquisicin de datos recibe seales de corriente muy bajasprovenientes del detector, las convierte en seales de voltaje, las amplifica y lasdigitaliza.

La salida del sistema de adquisicin de datos son datos digitales de 16 bits queson trasferidos a la unidad de procesamiento de datos en la consola del operador,adems se incluyen seales de control. Las seales de control del sistema deadquisicin de datos provienen de la tarjeta procesadora mesa-gantry y sirvenpara sincronizar la toma de datos con el giro del gantry.

El sistema de adquisicin de datos est formado por: las tarjetas cargadoras-amplificadoras-multiplexoras, la tarjeta conversora anloga digital, y la tarjeta deinterfaz y control.

Las tarjetas de carga y multiplexeo tienen capacitores que convierten lascorrientes producidas por el detector en seales de voltaje. Los capacitoresdetectores de corriente estn conectados a los multiplexores de entrada, cuyassalidas se conectan a los pre-amplificadores, que a su vez estn conectados a losmultiplexores de salida. Los datos anlogos colectados en los capacitores setransfieren a la tarjeta conversora anlogo-digital.

La tarjeta anlogo-digital est compuesta del control de ganancia y el conversoren s mismo. El control de ganancia consiste de un sensor de nivel y un selector

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de ganancia. Este ltimo circuito compensa la fluctuacin de la seal de entradaa un rango de seal til para el conversor anlogo-digital.

El conversor anlogo digital recibe las seales de las tarjetas de carga ymultiplexeo y las convierte en digital y las enva a la interfase con el sistema deadquisicin de datos localizada en la consola del operador.

La seal del canal se representa con una palabra de 16 bits, de los cuales 14representan la mantisa y 2 representan un factor de multiplicacin.

2.8 GENERADOR DE RAYOS X.

INTERFASE Q >

CONSOLA DELPERADOR

GENERADORDERX

IIDONTROLDEL

INVERSOR

!I

GANTRY

Figura 2.7. Diagrama de bloques del generador de rayos X.

El subsistema generador de rayos X suministra el alto voltaje continuo, el voltajede calentamiento del filamento, as como la energa para la rotacin del nodo. Elsistema emplea un generador de rayos X de alta frecuencia, tambin el voltaje dealimentacin al filamento del tubo de rayos X es de alta frecuencia. Una ventaja

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de utilizar la alta frecuencia radica en que los diferentes transformadores que seutilizan en un generador de rayos X son fsicamente ms pequeos que susequivalentes funcionando a la frecuencia de la red.

El subsistema del generador de rayos X est conformado por: el control deenerga, un rectificador +VCC y -VCC, el inversor de alto voltaje, el tanque dealta tensin, el control de filamento, el control de rotacin del nodo del tubo y eltubo de rayos X.

El control de energa maneja todo el sub