Tomografía Computada. Introducción. Juan Pablo Graffigna. Características Principales. El Tomógrafo. Fundamento.

Transcripción

1 Tomografía Computada Juan Pablo Graffigna Características Principales. El Tomógrafo. Fundamento. Adquisición de Datos. Procesamiento de Datos. Tratamiento de Imágenes. Diagrama General. Aspectos Tecnológicos. Calidad de Imágenes. Diferentes tipos de Tomógrafos. Introducción 1

2 Características Principales. Modalidad generadora Imágenes Médicas. Utiliza Rayos X por Transmisión. La imagen es obtenida a través de un procesamiento de datos. El valor de cada pixel depende de la atenuación del volumen que representa. Objetivo: Características Principales. Obtener la imagen (grafía) de un corte (tomo) del paciente => tomografía. Evitar la superposición de estructuras de la Radiología Convencional. Mejorar el contraste de la imagen eliminando radiación dispersa. Registrar pequeños cambios de contraste. 2

3 El Tomógrafo Gantry Consola Camilla Unidad de Potencia El Tomógrafo Gantry Camilla Consola 3

4 El Tomógrafo Gantry Camilla Fundamento Esquema General Unidad de Potencia (Generador) Tubo DAS (Electrónica) Detectores Consola Unidades de Almacenamiento Camilla y Control de Camilla Computadora Unidades de Impresión 4

5 Fundamento CT implica: Conceptos físicos y matemáticos. Consideraciones Tecnológicas. La obtención de la imagen se puede dividir entre tres partes: Adquisición de los datos. Procesamiento de datos para obtener la imagen. Tratamiento de la imagen. Fund.-Adquisición de Datos Objetivo: obtener la información necesaria del paciente para construir la imagen. La información se obtiene a partir de la incidencia de Rayos X en el corte seleccionado y en diferentes direcciones. 5

6 Fund.-Adquisición de Datos Esquema de Adquisición. Tubo. Filtros. Colimadores FOV Paciente. Colimadores. Detectores. DAS. DAS Computadora Fund.-Adquisición de Datos Haz. Geometría: Primera Generación. Segunda Generación. Tercera Generación. Cuarta Generación. Quinta Generación. 6

7 Fund.-Adquisición de Datos Primera Generación Fund.-Adquisición de Datos Segunda Generación 7

8 Fund.-Adquisición de Datos Tercera Generación Fund.-Adquisición de Datos Cuarta Generación 8

9 Fund.-Adquisición de Datos Cuarta Gen.-Barrido de Volumen Fund.-Adquisición de Datos Cuarta Gen.-Anillos Deslizantes 9

10 Fund.-Adquisición de Datos Quinta Generación Fund.-Adquisición de Datos Tubo 10

11 Fund.-Adquisición de Datos Detectores Función: Convertir RX en Señal Eléctrica. Se evalúan en función de: Eficiencia. Estabilidad. Tiempo de respuesta. Rango Dinámico. Tipos: Detectores de Escintilación. Detectores gaseosos. Fund.-Adquisición de Datos Detectores Tipos: Escintilación Gaseosos Haz de RX Positivo Señal TFM Eléctrica Negativo Fotodiodo Cristal Cámara de ionización con Xenon de Escintilación 11

12 Fund.-Adquisición de Datos Io En cada dirección se obtiene la radiación incidente Io y la radiación transmitida I a través de dos conjuntos de detectores. A partir de la ecuación de Lambert-Beer* se puede obtener la ecuación que vincula los coeficientes de atenuación de cada elemento de volumen dentro de la imagen. µ 1 µ 2 µ 3... µ n x Por cada detector I I = I. e µ. x= ln µ. x= ln i 0 µ. x I0 I I0 I 1 µ i =.ln x I 1 0 ( ) =. ln( I ) ln( I) I x [ ] 0 Fund.-Adquisición de Datos Electrónica-DAS En función de la ecuación, la salida del detector es: Preamplificada. 1 µ i =. x [ ln( I ) ln( I) ] 0 Amplificada por un Amplificador logarítmico. Convertida de analógica a digital. Nota: la sustracción se realiza en el dominio digital 12

13 Fund.-Adquisición de Datos Electrónica - DAS El conjunto de todos los valores obtenidos de los detectores, en una ubicación dada, forma una proyección. Para tomar todas las proyecciones, el tubo y los detectores* giran alrededor del paciente. Fund.-Procesamiento de Datos Función: Obtener la matriz de la imagen a partir de las proyecciones. Comprende las siguientes Etapas: Preprocesamiento de la proyección. Reconstrucción Tomográfica. 13

14 Fund.-Procesamiento de Datos Preproc. de la proyección. Comprende la corrección y conformación de los datos para las etapas siguientes. Pueden realizarse las siguientes operaciones: Sustracción de condiciones de referencia. Adecuación de salidas de detectores que funcionan inadecuadamente. Otras. Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción. Es un problema de caja negra. Fue planteado por Radon (1917) para otros usos. Se utiliza en medicina desde Se utiliza en tomografía en 1971 por Hounsfield. 14

15 Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción. Planteo del problema. Σµi=P(θ,d) P(θ 1,d) P(θ 2,d) θ d µi Conjunto de Proyecciones Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción. Planteo del problema P(θ,d) µ(x,y) 15

16 Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción. Métodos: Retroproyección. (método primitivo). Método Iterativo. (no utilizado actualmente) Métodos Analíticos: Transformada de Fourier. Retroproyección Filtrada. Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción-Retroproyección 16

17 Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción-M. Iterativo Se parte de un hipótesis donde todos los µ(x,y) tiene un valor constante. Con cada proyección se realiza un ajuste a todos los µ(x,y). Tiene muchos problemas. Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción-T de Fourier Existe un teorema que establece que la transformada de fourier de la proyección F{P(θ,d)} es igual a la transformada de fourier de la imagen en esa dirección F(θ,d). 17

18 Fund.-Procesamiento de Datos Reconstrucción-T de Fourier TF de la Proyección AntiTF TF de la Imagen Imagen Reconstruida Fund.-Procesamiento de Datos Reconst.-Retroproy. Filtrada En la Retroproyección convencional se obtiene una Imagen de Retroproyección por cada P(θ,d). P(θ,d) I θ (x,y) 18

19 Fund.-Procesamiento de Datos Reconst.-Retroproy. Filtrada Todas las I θ (x,y) se suman en una imagen: Irp(x,y)=Σ{I θ (x,y)} Utilizando en teorema de la transformada de Fourier de las proyecciones y la propiedad de suma de la TF se observa lo siguiente: En el centro de la F{Irp(x,y)} se observa una sumatoria de valores. Es decir que Irp(x,y) tiene componentes de baja frecuencia aumentados. Fund.-Procesamiento de Datos Reconst.-Retroproy. Filtrada Problema: Disminuir el contenido de bajas frecuencias. Solución: Aplicar un filtro pasaaltos a cada proyección para atenuar las bajas frecuencias. Se utiliza un filtro de convolución. Resultado: Irpf(x,y) I(x,y) 19

20 Fund.-Procesamiento de Datos Reconst.-Retroproy. Filtrada Fund.-Procesamiento de Datos Matriz Reconstruida La matriz no se presenta exactamente como µ sino como números CT o escala de Hounsfield. La escala depende del número de bits por pixel. µ tejido µ Número CT = µ agua agua

21 Fund.-Procesamiento de Datos Matriz Reconstruida Fund.-Procesamiento de Datos Tratamiento de Imagen Consiste en: Visualización. Aplicación de Técnicas de mejoramiento y medición. Almacenamiento. Registro. 21

22 Fund.-Procesamiento de Datos Tratamiento de Imagen Ventaneado o Windowing: Consiste en modificar los niveles de gris de la imagen para la visualización de diferentes tejidos. Se seleccionan dos parámetros: El ancho (WW) y el centro de la ventana (WL) de números CT que se visualizarán dentro de los niveles de gris disponibles por el equipo. Fund.-Procesamiento de Datos Tratamiento de Imagen Windowing Niveles de gris WW Aire, Toda Oseo pulmones la escala WL Números CT 22

23 Diagrama General y Resumen. Durante la práctica. Aspectos Tecnológicos 23

24 Calidad de Imagen Definiciones: Resolución Espacial. Resolución de Contraste. Ruido. Dosis de Radiación. Artefactos de Imagen. Diferentes métodos de medición. LSF, PSF, MTF, Diagramas de Detalle- Contraste, Curvas ROC. Todas las técnicas normalmente utilizan Fantomas Calidad de Imagen Ejemplo de MTF: 1 MTF 0 Frecuencia (lp/cm) 24

25 Líneas. Calidad de Imagen-Artefactos Grandes diferencias de atenuación. Movimientos. Ruidos. Fallas mecánicas. Anillos. Problemas con detectores. Distorsión de Valores. Radiación dispersa. Radiación fuera de foco. Proyecciones incompletas. Calidad de Imagen-Ejemplos 25

26 Calidad de Imagen-Ejemplos Calidad de Imagen-Ejemplos 26

27 Calidad de Imagen-Ejemplos Calidad de Imagen-Ejemplos 27

28 Tipos de Tomógrafos Tradicionales de tercera generación (GE-CTMAX 640) Helicoidales o de Volumen (GE-PROSPEED) Corte único. Single slice. Multi corte. Multislice. Continuos (Toshiba-Aspire CT) De Haz de Electrones-EBCT (Siemens-Imatrón C- 100) Móviles.(Philips-Tomoscan M) GE ProSpeed-Diagrama General 28