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Tomografia Historia y Avances

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Luis fernando perez

on 30 November 2016

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Transcript of Tomografia Historia y Avances

Tomografía Axial iComputarizada
es la reconstrucción por
medio de un computador de un
plano tomográfico de un objeto. Introduccion Tomografía axial computada CONCEPTO Con la TC se obtienen imágenes de diversas estructuras anatómicas con densidades variables, tanto de huesos como tejidos, órganos, músculos y tumores. Comparación Con Rayos X Utilización de radiación ionizante (rayos X) que incide en el objeto en estudio y es en parte absorbida por el mismo Similitud: 1. TC = rayos X ==> paciente ==> detectores ==> digital ==> PC
Rx = rayos X ==> Pelicula sensible ==> Revelado
2. TC ==> tridimensional, Rayos X ==> bidimensional.
3. TC distingue tejidos blandos ( Coágulo sanguíneo, Materia gris Materia blanca)
4. Resoluc. espacial = TC< Rx, Resoluc. de contraste = TC >Rx, detección de variaciones muy pequeñas entre los tejidos.
Detectabilidad de Contraste: radiografía: 5%, CT: 0.5%
Resolución espacial: radiografía: 8 - 10 pl/mm, CT: 1 pl/mm DIFERENCIAS: COMPARACION CON RMN La Tomografía : rápida, utilizada en urgencias, radiación ionizante de mayor energía ,análisis de tejidos y órganos La Resonancia : costosa, demora, mayor resolución de contraste, imagen con más detalles ,representaciones del cuerpo en distintos tonos de grises. Diaje o estudio de extensión de los cánceres: cáncer de mama, cáncer de pulmón y cáncer de próstata
Tratamiento del cáncer con radioterapia
Enfermedades intestinales como diverticulitis y apendicitis
Visualizar el hígado, el bazo, el páncreas y los riñones. Usos de la TC El primer equipo desarrollado por EMI, creado para estudios cerebrales.
Haz de rayos X colimado ==> haz estrecho y en el otro extremo del tubo se ubican los detectores.
Movimientos del gantry: lineal y rotacional.
Tubo detector realiza un movimiento de traslación + un giro de 1°
Haz de rayos X: activo = movimiento lineal e inactivo = movimiento rotacional.
Tiempo de scan (para cada corte) = 4.5 a 5 minutos, tiempo total = 25 minutos
Baja resolución
Bajo aprovechamiento de la radiación. Generaciones De Tomografía Primera generación: SEGUNDA GENERACION Disminuir tiempo de exploración (scanning)
Haz de Rx en forma de abanico (ángulo de apertura de 5°) .
Número de detectores varía segun fabricante, entre 10 y 30, dispuestos en un arreglo lineal.
Movimientos del gantry son lineales y rotacionales
Pasos rotacionales mayores (30°, 6 rot = 180°)
Tiempo de scan, aprox. 2 minutos. Movimiento de rotación.
Haz de rayos x (forma de abanico con ángulo de apertura de 25° a 35°)
Detectores (300 a 700 ubicados en un arreglo en forma de arco), rotan alrededor del paciente. Tubo y detectores realizan movimiento de 360°.
Detectores : gas de xenón o cristal de centelleo.
Tiempo de scan : 2 ó 3 segundos. Tercera generación Detectores forman aro que rodea al paciente.
Tubo de rayos X rota en un círculo interior al aro de detectores
Haz de rayos X es colimado en forma de abanico(2000).
Emisión continua de rayos X y unidad de lectura es menos compleja
Ventaja : disminuya el tiempo de exploración.
Desventajas : incremento en la cantidad de radiación dispersa. Cuarta generación:
Mejor calidad de imagen ,menor tiempo de exploración y una menor dosis para el paciente. Múltiples fuentes fijas de Rx y numerosos detectores fijos.
Caros, rápidos y cortos tiempos de corte. Quinta Generación
Chorro de electrones. (Cañón emisor de electrones reflexionados que inciden sobre láminas de tungsteno).
Detector situado en el lado opuesto del Gantry por donde entran los fotones. Consigue 8 cortes contiguos en 224 mseg. Sexta Generación
La fuente de Rx y el detector están conectados de forma que tiene un movimiento sincrónico. Cuando el conjunto fuente de Rx-detector realiza un barrido o TRASLACIÓN a través del paciente, las estructuras internas del sujeto atenúan el haz en función de la densidad y del número atómico de los tejidos de la zona. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Si se repite muchas veces el proceso se obtendrán una gran cantidad de proyecciones. Esas proyecciones no se visualizan, sino que se almacenan de forma numérica en el ordenador. El procesado de los datos que realiza el ordenador supone la superposición efectiva de cada proyección para RECONSTRUIR la estructura anatómica correspondiente a ese corte. La intensidad de radiación se detecta en función de este patrón y se crea un perfil de intensidades o PROYECCIÓN. Al final de un barrido, el conjunto fuente-detector gira y comienza un segundo barrido. Durante este barrido, la señal del detector vuelve a ser proporcional a la atenuación del haz provocada por las estructuras atómicas internas, y se obtiene una segunda proyección. Principio de Funcionamiento PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El coeficiente de atenuación lineaL = Atenuación que sufre un haz de rayos X, al atravesar una determinada longitud de una sustancia dada. Para un rayo X monoenergético, que atraviesa un trozo uniforme de material, la atenuación es: Principio de Hounsfield Dónde:
IIn = intensidad del rayo X luego de atravesar el material,
IOut = intensidad del rayo X incidente,
µ = Coeficiente de atenuación lineal del material,
L = distancia recorrida por el rayo X en el material. Unidades de Hounsfield Resultado final de reconstrucción = matriz de números
Procesador asigna a cada rango de números, un tono de gris.
Valores numéricos relacionados con los coeficientes de atenuación.
La fórmula que relaciona los números TC con los coeficientes de atenuación es: D. Presentación de la imagen, Números TC. Imagen ==> matriz de intensidades electrónicas
Tamaño de la matriz : 512 x 512 pixeles
Las imágenes de TC constan de muchas células(cada información es un pixel).
La información contenida en cada pixel es: Un numero de TC ó Unidad de Hounsfield (UH).
Célula = representación bidimensional (pixel) de un volumen de tejido del organismo Caracteristicas de la imagen CARACTERISTICAS DE LA IMAGEN Problema Debido a:
La gran cantidad de datos que hay que manejar, y el rápido procesamiento
 Se exige un cálculo laborioso realizable mediante:  Series de Fourier, y Tratamientos informáticos
 Es necesario:
 Una computadora de gran capacidad de cálculo
Dos criterios:
a) Resolución espacial:
Grado de detalle de la imagen depende de:
1)Dimensión del haz de rayos X
2)Dimensión del detector
3)Número de proyecciones y barridos por proyección
4)Metodología de reconstrucción
b) Resolución de contaste:
Número de niveles de gris asociados a cada voxel Calidad de imagen Defectos en las imágenes TAC 1) Errores sistemáticos:
Debidos al mal funcionamiento del equipo
Suelen detectarse y corregirse en la fase de reconstrucción
2) Errores debidos al ruido del sistema:
Debidos a las variaciones del proceso físico:
Variación de la velocidad de exploración
Intensidad del haz de rayos X, etc.
3) Artefactos debidos al espectro de energía:

Debidos a que el espectro de energía a la salida del detector varía de un rayo a otro de la proyección, lo que implica que los coeficientes de atenuación varíen con la energía Indice de avance de la mesa durante una rotación completa del gantry respecto a la colimación :
Modo helicoidal → Flexibilidad de reconstrucción:
Cualquier intervalo o posición,
Posibilidad de sobre posición en la reconstrucción
Pitch >1,5 = imagen de calidad diagnostica inferior. Pitch V = 20 mm/1 rotación
Espesor = 10 mm
Pitch = 2 Velocidad = 10 mm / rotación
Espesor = 10 mm
Pitch = 1 Parámetro inherente a la reconstrucción; no se pueden reconstruir imágenes con espesores de corte inferiores al espesor de corte de la adquisición
• A partir de 64x0.5mm se puede reconstruir a 0.5mm, 1mm, 2mmm, 4mm, etc
• A partir de 32x1mm no se puede reconstruir a 0.5mm; solo es posible a 1mm, 2mmm,4mm, etc Espesor de corte reconstruido Cuerpo vertical de la unidad que presenta un orificio central, en el que se introduce la camilla de exploración con el enfermo, aprox. 70cm de ancho.
Posee una serie de controles ==> centraje y posicionamiento del paciente y otros para angular el conjunto tubo-detectores .
El gantry se encuentra en la sala de exploración. Contiene:
a) Tubo de rayos X
b) La matriz de detectores
c) El generador de alta tensión
d) Sistema de adquisición de datos (DAS)
e) Los colimadores
f) Elementos mecánicos
Todos estos subsistemas se controlan desde la consola y envían datos al ordenador para analizar y generar la imagen. Sistema de recolección de datos: Grúa o Gantry Dispositivo técnico capaz de producir la radiación ionizante mediante una fuente artificial de alimentación de tipo eléctrico. Potencia capaz de emitir un haz de radiación de alta energía entre 125-150 Kv.
Construido con los materiales necesarios para que el haz sea monoenergético y que todos los fotones que lo compongan tengan la misma longitud de onda.
Filtros de aluminio en la salida del tubo (ventanilla) para así suprimir los fotones de RX de baja energía(en la actualidad proyectan un haz en abanico desde un ánodo giratorio y con un foco muy pequeño). Los rayos X se originan al colisionar electrones acelerados (con mucha energía cinética) con la materia. Para ello, el tubo de rayos X está formado por los siguientes elementos básicos:
 Una fuente de electrones: filamento, que se encuentra en el cátodo.
 Un lugar de choque: blanco, o zona metálica donde se produce la interacción de los electrones, que se localiza en el ánodo. El ánodo es de tipo giratorio, con un punto focal pequeño y un sistema potente de disipación del calor (refrigeración) a. Tubo de rayos X Requisitos del tubo Elementos del tubo de rayos X Miden la energía depositada en ellos después de ser impactados por los fotones de Rx que han atravesado el cuerpo del paciente.
La transforman en corriente eléctrica que llegará al ordenador y será cuantificada por un sistema electrónico. Elevado coste de fabricación: detector de cristal es más caro que el de gas, por sus componentes electrónico, pero tiene señal eléctrica más fuerte .
 Eficiencia o eficacia. Es el rendimiento para captar fotones de Rx. Debería ser 100% = todo fotón que sale del tubo de Rx debe ser detectado.
 Estabilidad. Capacidad del detector para estar ajustado en todos los momentos en que deba medir.
 Conformidad. Es el tiempo que tarda en recibir, transformar y distribuir una señal o información hasta aparecer en el monitor. Los detectores básicamente pueden transformar los RX que reciben de dos formas diferentes:
1. Transformación en luz: unos detectores convierten primero los rx en energía luminosa y luego en energía eléctrica.
2. Transformación en electricidad: otros detectores trasforman directamente los rx en corriente eléctrica. b. Matriz de detectores Características de los detectores Transformación Tipos de detectores Compuestos por: el cristal de centelleo y el tubo fotomultiplicador.
Cristales de Yoduro de Cesio, Tungstato de Calcio y Wolframato de Calcio (W O4 Ca).
Funcionamiento :
Fotón de RX incide en el cristal ==> energía absorbida por electrones de órbitas de los átomos del cristal ==> capa más externa y más energética ==> excitacion ==> posición inicial ==> emision del exceso de energía del fotón de RX ==> LUZ VISIBLE.
Intensidad del destello es proporcional a la energía de la radiación X que incide en el cristal.

Eficacia de los detectores de centelleo
Eficacia intrínseca (relacionada con la incidencia de fotones de RX en su cara sensible) muy elevada, el 90% de los rayos X que alcanzan a los detectores son absorbidos y contribuyen a la señal eléctrica de salida, pero tienen el inconveniente de que no es posible colocar los detectores tan próximos entre sí como sería deseable, y el espacio entre detectores puede ocupar el 50% del área total a la que llega el haz de RX. Así la eficacia extrínseca relacionada con la colocación de los detectores es del 50%. Dispositivos o receptores de la Rx, en forma de celda o cámara de ionización
Transforma energía radiante que le llega en una emisión de electrones.
Consisten en camara metálica con separadores espaciales situados a intervalos de aproximadamente 1mm ==> baffles o paredes .
El conjunto de detectores está sellado herméticamente y se llena bajo presión con un gas inerte (gas noble) de número atómico elevado (Xenón (Z= 54), o una mezcla de Xenón-Kriptón a una presión de 8-10 atmósferas, que aumenta la eficiencia)
Cada detector de gas funciona como una cámara de ionización = recinto cerrado lleno de gas Xenón, donde se encuentran 2 electrodos entre los cuales se aplica una tensión eléctrica que generalmente es de 1000 voltios.
Eficacia de los detectores de gas
La eficacia intrínseca de detección de un conjunto de detectores de este tipo solo es del 50% en su cara sensible, pero como puede reducirse mucho la distancia entre detectores, es muy poco lo que queda sin usar del área frontal del detector, siendo su eficacia extrínseca del 90%. Por lo tanto, la eficacia total de detección del conjunto es del 45% igual que la eficacia total de los detectores del centelleo. Son una modificación del detector de centelleo y a igual que ellos, el cristal traduce la energía de los RX en luz visible. Esta tecnología, varía sólo con el detector de centelleo, en que NO lleva tubo multiplicador, sino un FOTODIODO, cuyas capacidades se fundamenta en la tecnología de los semiconductores de Silicio. Y a todo el conjunto se le denomina detector de semiconductores o de escintilación.

Las ventajas de estos detectores son:
 Los fotodiodos son más pequeños, lo que hace menos notorio el gantry.
 Son más económicos.
 Los elementos eléctricos son menos complejos que cuando se emplean tubos fotomultiplicadores.
 No requieren suministro de potencia
 Son muy estable (más que los tubos fotomultiplicadores)
 Eficacia y eficiencia parecida a la de los detectores de gas Conforme se completa cada barrido, el sistema de adquisición de datos (DAS) convierte las señales procedentes de los detectores en datos digitales y las transmite al ordenador.
Para la reconstrucción de la imagen es necesario que el ordenador reciba múltiples señales después de explorar al paciente en diferentes ángulos. El ordenador es capaz de integrar la información enviada por el DAS y reconstruir las imágenes de forma casi instantánea. c. Sistema de adquisición de datos (DAS) Alimenta al tubo de RX.
Características técnicas:
Trifásicos, permite utilizar tubos de RX con ánodos giratorios de alta velocidad y proporcionan los picos de potencia característicos de los sistemas de RX pulsantes.
Para reducir el tamaño de los equipos, locolocan en la grúa (sistema que enrolle o desenrolle el cable de alimentación). Generador de alta tensión e. Colimadores Formado por varias láminas, para conseguir un haz de RX casi paralelo. Dando a un haz muy fino de grosor y en forma de abanico. Si está mal ajustado dara una dosis innecesaria al paciente . Se coloca en la matriz de detectores, mismo número de colimadores que de detectores, alineamiento muy preciso para obtener una imagen de calidad.
Restringe el haz de rayos que alcanza al detector, aumentando la nitidez de la imagen. Reduce la radiación dispersa que incide en el detector . I. Colimador Prepaciente II. Colimador Predetecor
O Postpaciente Camilla Mesa de exploración donde se posiciona al paciente y nos permite mediante su movilidad automática realizar los barridos necesarios.
Conectado al ordenador y al gantry y está diseñado para indexarse .
Posee un cabezal y es móvil.
Material de número atómico bajo que no interfiera en la transmisión de rayos X. (fibras de carbono)
Peso máximo del paciente, 136 y 272 Kg .
Regleta de mandos con las siguientes opciones
Luz de centraje
Movimientos hacia detrás y hacia delante
Regular angulación del gantry hacia la posición de angulación cefálica (+) y caudal (-)
Mecan. para elevar y descender la mesa. Tiene tres unidades, cuyas funciones son:
1. Unidad de control del sistema (CPU). funcionamiento total del equipo. Configuración similar a sistema microprocesado con software y hardware asociados.
3. Unidad de reconstrucción rápida (FRU). Realiza procedimientos para la reconstrucción de la imagen a partir de los datos recolectados.
4. Unidad de almacenamiento de datos e imágenes. Almacenamiento de imágenes reconstruidas, datos primarios y software de aplicación. Ordenador
Doble misión: programar la exploración que se va a realizar y seleccionar los datos requeridos para la obtención de la imagen.
Para programar la exploración, la unidades de TC tiene estandarizadas la técnicas de exploración más habituales, pero se puede variar cualquier dato técnico para adaptarla a una exploración individualizada (forma manual). Sistema de visualización:
Consola de control Adquisición en la zona de interés, del volumen y del espesor de corte especificado.
Para lograr esto, la mesa se mueve (Feed) entrando y saliendo del gantry en forma de a pasos (adq. secuencial) o en forma continua (adq. espiral o topograma).
Para adquirir de ciertas zonas del cuerpo (cráneo, columna) es necesario ubicarse paralelo a estas estructuras, para ello el gantry se inclina (Tilt) hasta cierto punto (+-30ºaprox).
Para comodidad del paciente al subir al equipo y para poder ubicar la zona a examinar en el centro del campo de exploracion se puede subir y bajar la mesa (Lift). Posicionamiento del paciente Gantry y mesa Adquisición de los perfiles de transmisión mediante un giro del tubo de rayos X con la camilla en reposo.
Rotación completa (360°) del tubo de rayos X, aunque para mejorar la resolución temporal, se puede acortar a 180° + ángulo del haz.
En una exploración completa de TC se efectúa una (o más) serie(s) de adquisiciones axiales a fin de cubrir el volumen de interés clínico relevante.
Esto se logra mediante sucesivos desplazamientos de la camilla después de cada adquisición axial. TIPOS DE TOMOGRAFOS 1. TC axial 2. TC helicoidal Trayectoria circular del tubo de rayos X se transforma en una hélice . Adquisición helicoidal posibilitó la obtención de datos de un gran volumen del paciente (apnea).Desplazamiento de la camilla = cociente entre el desplazamiento de la camilla en una rotación de 360° del tubo y la anchura nominal del haz se denomina factor de paso o pitch
Ventajas :
Menor tiempo de exploración,
Información más coherente para reproducir imágenes en 3D del volumen explorado
Desventaja :
Aparición de algunos artefactos asociados (molinos de viento, etc.). Escáneres multidetector de rotación rápida.
4 filas contiguas de detectores activos, dieron paso a los de 16 y 64 filas respectivamente
Adquisición simultánea de perfiles de un gran número de secciones.
Tiempo de rotación se redujo desde 1-2 s, típicos en equipos de corte único, hasta valores muy inferiores (0,3-0,4 s).
Es posible escanear todo el cuerpo de un adulto en una inspiración con espesores de corte muy por debajo de 1 mm.
Excepciones para TC de alta resolución de, por ejemplo, pulmones, TC cardíaca, cálculo del calcio coronario o para angiografía coronaria por TC. 3. TC multicorte Basado en la sincronización de la reconstrucción de la imagen con el ECG y la selección de la fase de menor movimiento cardíaco .
La reconstruccion cardiaca puede ser:
Seleccion Prospectiva (ECG triggered).
Selección retrospectiva (ECG gated)de la fase cardíaca utilizan el registro de los datos brutos y el ECG durante uno o más ciclos cardíacos . adquisición de datos secuencial (step-and-shoot).
Ventaja :reducción de la dosis del paciente.
Los escáneres rápidos “de doble fuente” (Siemens Definition Flash) pueden adquirir helicoidalmente datos del corazón completo y los de haz cónico (Toshiba Aquilion ONE), hacerlo en una única rotación. 4. TC cardíaca Rotación continua y rápida del tubo de rayos X, incorporación de hardware rápido reconstruir imágenes en tiempo real ==> desarrollo de la fluoro-TC.
Sección axial utilizada para la preparación de una punción.
Aplicaciones:
Biopsias difíciles; las aplicaciones clínicas la ablacion por radiofrecuencia guiada por TC, la cifoplastia, la vertebroplastia, y la ablación de tumores con alcohol.
Precauciones : el número de adquisiciones debe ser el menor posible y su duración, lo más corta posible. 5. Fluoroscopia TC y procedimientos intervencionistas Se produce artificialmente contraste entre estructuras que no serían visibles directamente en las exploraciones. En angiografía TC se administra contraste yodado por vía intravenosa para mejorar el contraste entre la luz y la pared del vaso. En algunos estudios de abdomen antes de la TC se administra por vía oral una solución diluida de yodo para mejorar el contraste en el tracto gastrointestinal. En la colonografía TC se introduce gas a través del recto para mejorar el contraste entre el colon y los Tejidos circundantes. 6. TC con realce de contraste Se define el rango de exploración y los cortes a realizar.
Se deja el tubo quieto y se mueve la mesa con el paciente.
Se utilizan radiaciones muy bajas Técnicas de exploración 1. Topograma: COMPONENTES DEL TOMOGRAFO
Se emplean para diafragmar el haz de radiación X, suele haber 2 colimadores.
Motivos de uso:
Disminuir la dosis que recibe el paciente al disminuir el área de tejido irradiado.
Controlar el grosor del corte; es decir, la longitud del voxel = 1 a 10mm.
Mejorar el contraste de la imagen al disminuir la radiación dispersa. I. Detectores De Centelleo II. Detectores De Gas III. Detectores Semiconductores Se realizan cortes topográficos TAC.
Los parámetros a definir son kV, mA, espesor del corte, pasos de corte, etc.
Se utilizan cantidades de radiación más altas 2. Secuencial Se mueve en forma continua la mesa con el paciente mientras se hace girar el gantry.
Se toman múltiples medidas que luego serán interpoladas para obtener los cortes o reconstrucciones 3D.
Los parámetros a definir son kV, mA, espesor de corte (colimación) y pitch(típicamente va de 0.5 a 2 en pasos de 0.1), para una rotación de 360 grados, cuanto avanza la mesa en relación al espesor del corte que se esté usando. Otro parámetro es el intervalo que determina la distancia entre corte y corte :
 Pitch: movimiento de la mesa [mm/seg] x giro [seg]/espesor del corte.
 Determina la distancia entre las espirales, ej. 10mm/s.1g/s/5mm=2 3. Espiral (SpiralCT) Los fármacos empleados en la generación de bioimagenes representan un grupo extenso y complejo de sustancias cuyas propiedades físico-químicas producen señales diferenciadas en un entorno anatómico y funcional, con utilidad en el proceso diagnostico, y que demás pueden administrarse a los seres humanos en condiciones seguras Iobitrol
Iohexol
Iopamidol
Ioversol
Estos medios pueden se isoosmolares con la sangre y por eso alterar en menor medida las propiedades de la membrana celular. MEDIOS DE CONTRASTE Medios de Contraste No Iónicos Son sustancias que presentan dos principales ventajas: mejor tolerancia neural, por lo que sustituyeron a los iónicos en melografía, y menor incidencia de efectos adversos. La buena tolerancia se explicaría porque no presenta carga eléctrica, no contienen cationes, se unen poco a proteínas y se metabolizan a nivel hepático. Son utilizados en mielografias, colangiografias, arteriografías, urografías y contraste intravenoso de la TAC, también para angiocardiografia y urografía pediátrica GENERACIONES DE TOMOGRAFIA INTEGRANTES: Maria Luisa Arnez Martinez Hans Stevenson PRESENTAN... FUNCIONAMIENTO
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