Reconstrucciones Tac

Click here to load reader

  • date post

    14-Feb-2015
  • Category

    Documents

  • view

    252
  • download

    5

Embed Size (px)

Transcript of Reconstrucciones Tac

Trabajo Final Integrador

3D en TomografaUNIVERSIDAD NACIONAL SAN MARTNEscuela de Ciencia y Tecnologa

Alumna: Agustina Soledad Ortmann Fecha de ingreso a la Universidad: ao 2003 Direccin de mail: [email protected] Tutor: Ing. Gustavo Chumillo Lugar de prctica: Hospital Santojanni Fecha de presentacin: Mayo 2008

ndice 1.1.- Introduccin 2.1.- Generalidades 2.2.- Unidades Hounsfield 3.1.- Tcnicas de reconstruccin 3.2.- Reconstruccin multiplanar (MPR) 3.2.1.- Reconstruccin curva 3.3.- Reconstruccin de superficie sombreada (SSD) 3.4.- Proyeccin de mxima intensidad (MIP) 3.5.- Reconstruccin de volumen (VR) 3.5.1.- Tablas de opacidad 3.5.2.- Mapas de color 4.1.- Filtros de reconstruccin 5.1.- Tratamiento de las imgenes 3D 6.1.- Aplicaciones diagnsticas 7.1.- Conclusiones 8.1.- Bibliografa

2

1.1.- Introduccin A partir de 1989 surgen los Tomgrafos Helicoidales y en 1998 aparece el Tomgrafo computado Multicorte con 4 filas de detectores dando comienzo a la era del diagnstico no invasivo y de los Estudios Virtuales. La siguiente generacin, actualmente en uso est representada por los Tomgrafos Multicorte de 64 filas de detectores. Con estos equipos es posible adquirir un volumen nico y continuo de datos de una regin corporal completa y reconstruir las imgenes utilizando tcnicas como reconstruccin multiplanar (MPR) y 3D (tridimensional), gracias al software especfico, como tambin viajar por el interior de los rganos huecos como vasos y tubo digestivo observando la luz, las lesiones intraluminales, la pared y las relaciones con otras vsceras. Los detectores giran rpidamente y adquieren 140 imgenes por segundo y un total de 1500 tomas por segundo. Con toda esta informacin se reconstruyen imgenes de alta resolucin que pueden detectar lesiones menores a 5mm. Hoy en da tenemos la capacidad tecnolgica de visualizar volmenes de informacin en lugar de cortes, lo cual ha enriquecido enormemente el campo de las imgenes diagnsticas en una gran cantidad de aplicaciones, desde el planeamiento quirrgico hasta el diagnstico no invasivo de lesiones difciles de analizar en dos dimensiones. Ser importante de ahora en ms ir cambiando la visin axial y bidimensional de las imgenes, por una nueva concepcin tridimensional y con planos en cualquier sentido del espacio. El objetivo del trabajo consiste en explicar las principales tcnicas de reconstruccin tridimensional de la imagen y sus aplicaciones clnicas.

3

2.1.- Generalidades Los datos de una imagen digital son adquiridos y manipulados en una matriz de volumen de elementos llamada voxels. Una imagen se construye analizando cada voxel y proyectando el resultado en una superficie bidimensional subdividida en elementos de imagen llamadas pixels. Uno de los problemas que debemos resolver para obtener imgenes tridimensionales es el de intentar ver una imagen en tres dimensiones (3D) sobre una superficie de dos dimensiones (2D) (pantalla del ordenador, placa.). Para solucionar este problema el ordenador utiliza una tcnica llamada trazado de rayos la cual, permite modelar la manera de cmo millones de rayos de luz virtuales atravesaran un volumen de tejido. En su forma ms sencilla se asume que los tejidos con mayores coeficientes de de atenuacin (UH) son ms slidos y por lo tanto un rayo de luz virtual que trate de atravesar un tejido lograr pasar en mayor o menor grado segn la solidez de este tejido. Este haz de luz simulado est sujeto a las mismas leyes fsicas de reflexin y refraccin, calculadas para cada haz de luz que interacta con el volumen de datos. Esta es la base de la reconstruccin tridimensional. Segn la tcnica de reconstruccin tridimensional que utilicemos, estos rayos, que atraviesan el conjunto de voxels, analizarn unas u otras caractersticas de los mismos que influirn en la imagen final.

Matriz 5x5 Figura I.

Representacin de pixel y voxel

4

Figura II. Trazado de rayos Un rayo de luz virtual se traza desde una fuente simulada de luz, y se calcula la refraccin y reflexin a travs del tejido hasta llegar a la pantalla de visualizacin.

2.2.- La unidad Hounsfield (UH) La unidad elemental de la reconstruccin 3D La Tomografa slo nos proporciona un criterio para determinar de que est compuesto un tejido; el coeficiente de atenuacin, medido en unidades Hounsfield. El principio de Hounsfield (1) relaciona el coeficiente de atenuacin lineal con la intensidad de la fuente de radiacin:(1) It = I0.e- .X

donde lt es la intensidad recibida tras atravesar un objeto finito de grosor X, l0 es la intensidad de la radiacin emitida y es el coeficiente de atenuacin lineal. A travs de este coeficiente llegamos al nmero TC (2) que no es ms que el valor numrico del pixel como resultado de la reconstruccin de la imagen. Es una medida de las propiedades de atenuacin del tejido incluido en el voxel. Los valores del mismo se expresan en unidades Hounsfield (UH).(2) nmero TC = (agua) / (agua) x constante.

5

Las unidades Hounsfield (UH) se representa en escalas de grises usualmente con valores desde -1000 a +1000. Para clasificar los diferentes tejidos tenemos que valernos de este nico criterio. En lneas generales podemos clasificar los tejidos segn sus coeficientes de atenuacin en 6 grandes grupos:

Figura III.

Estas son las denominadas ventanas de reconstruccin, que no son mas que los rangos de visualizacin en unidades Hounsfield (UH). Todas las reconstrucciones tridimensionales se basan en estas diferencias de atenuacin.

6

3.1.- Tcnicas de reconstruccin. A primera vista, el tema de la reconstruccin tridimensional pareciera difcil de abordar debido a la gran cantidad de tcnicas y tipos de reconstruccin que existen hoy en da. Sin embargo la mayora de las reconstrucciones avanzadas son combinaciones de unas pocas tcnicas bsicas, comunes a todas las estaciones de reconstruccin. A continuacin se describirn las principales tcnicas de reconstruccin.

3.2.- Reconstruccin multiplanar (MPR) Tcnicamente la reconstruccin multiplanar no es una reconstruccin tridimensional, sino una deformacin geomtrica del volumen de datos. Por su facilidad de utilizacin, rapidez de implementacin y cantidad de informacin suministrada se encuentra entre las de mayor uso en la prctica diaria. Se puede crear una imagen bidimensional con un punto de vista tridimensional arbitrario utilizando mltiples imgenes de cortes transversales. Primero, se obtienen las imgenes de los cortes transversales y luego, apilando visualmente los cortes, se pueden reconstruir imgenes en plano, sagital o coronal, bien en direccin perpendicular u oblicua, con respecto al eje del paciente, utilizando algoritmos matemticos muy veloces.

Figura IV. Planos de corte

Permite adicionalmente seleccionar una posicin anatmica en un plano y ver su correspondencia en los dems planos, dando una excelente percepcin tridimensional de la estructura analizada.

7

Las reconstrucciones multiplanares deben ser calculadas a partir de voxels isotrpicos (voxels con lados iguales en las tres dimensiones del espacio) ya que si se calculan a partir de voxels anisotrpicos (voxels con lados desiguales), la imagen final presentar una forma en diente de sierra. Esto ltimo puede dificultar en gran medida la exclusin de una fractura sea [1].

a)

b)

c) Figura V. . MPR. La reconstruccin multiplanar permite la visualizacin simultnea del volumen de datos en los planos a) axial, b) sagital y c) coronal

8

MPR a partir de voxels isotrpicos Figura VI.

MPR a partir de voxels anisotrpicos

3.2.1.- Reconstruccin curva Una variante especial de estas reconstrucciones multiplanares lo constituyen las

reconstrucciones curvas. Su funcin consiste en mostrar un rgano que ocupa varios planos en un solo plano. Las imgenes pueden obtenerse manualmente trazando una lnea sobre una estructura de inters o puede producirse automticamente con un software especfico. Las reconstrucciones curvas tienen una limitacin importante en cuanto a que dependen en gran medida de la precisin de la curva. Las reconstrucciones curvas pueden ser muy tiles para visualizar vasos tortuosos que no pueden ser vistos completamente en una seccin planar. El resultado de la reconstruccin curva es alisado y mostrado en una imagen de 2D (dos dimensiones) [4]. A diferencia de otros protocolos de reconstruccin que se describirn ms adelante, las reconstrucciones multiplanares y curvas pueden llevarse a cabo en la propia consola del equipo no necesitndose de una estacin de trabajo dedicada al efecto.

9

Figura VII. MPR curva Al definir una lnea central se puede realizar una reconstruccin curva, en esencia deformando el corte para seguir la estructura a analizar, como en este caso la aorta abdominal.

Figura VIII. MPR curva de la arteria descendente anterior.

10

En la actualidad existen tres grandes sistemas de reconstruccin de imgenes tridimensionales (3D):

Reconstruccin de superficie sombreada (SSD) Proyeccin de mxima intensidad (MIP) Reconstruccin de volumen (VR) La imagen tridimensional obtenida estar en funcin de las caractersticas que sean analizadas por el conjunto de voxels atravesados por el rayo para formar la imagen en una superficie plana.

3.3.- Reconstruccin de superficie sombreada (SSD)

Las primeras tcnicas desarrolladas para la visualizacin 3D se basaban en el concepto de umbrales que es en esencia la manera ms sencilla de clasificar tejidos con un solo criterio. Se define un umbral de unidades Hounsfield (UH) y se eliminan de la visualizacin todos los tejidos por debajo ese umbral.

Figura IX. Umbrales Todos los tejidos por debajo del umbral de UH seleccionado se eliminarn. Lo dems se ver como una sola estructura.

11

Las reconstrucciones de superficie sombreada (SSD), fueron la primera tcnica de re