Tomografía Computada. Introducción

Transcripción

1 Tomografía Computada NIB Facultades de Medicina e Ingeniería Ing. Daniel Geido Introducción 1

2 Desventajas de la radiografía convencional Los objetos son distorcionados. Los objetos a ser radografiados son tridimensionales, pero la radiografía convencional es solo bidimensional, por ello se pierde información: - Objetos de diferentes tamaños se pueden llegar a ver igual en la imagen. - La densidad del objeto a radiografiar puede representarse erróneamente, un objeto menos denso pero mas largo ser ve igual que uno mas denso pero mas chico. - Si existen dos objetos unos sobre el otro, se superponen en la imagen. Solución: Tomografía Axial Computada La solución es tomar una imagen en dos dimensiones, hacer un corte. 2

3 TAC Haciendo pasar los rayos por colimadores, se tienen cortes (slices), de la parte del cuerpo bajo estudio. Luego mediante algoritmos matemáticos se reconstruye la imagen. Generaciones de tomógrafos Primera Generación: - Se tomaban aprox. 60 muestras, mediante un movimiento de traslación. - Luego se giraba aprox. 1 grado y se repetía el proceso de traslación. - Sucesivamente se repite el proceso. - Tiempo de exploración: aprox. 30min!!. 3

4 Segunda generación: - Se emitían los rayos x en forma de abanico, de aprox 5 grados y se utilizaban arreglos de entre 10 a 30 detectores. - Luego se giraba y se repetía el proceso de detección. - Sucesivamente se repite el proceso, hasta completar los 360 grados. - Tiempo de exploración: aprox. 30s por imagen. Tercera generación: - Es el sistema utilizado hoy en dia, se emite un abanico de rayos x, de entre 25 a 30 grados y se utiliza un banco de detectores que oscila entre 300 a 800 detectores. - Luego se gira y se va repitiendo el proceso de detección. - Tiempo de exploración: aprox.1s por imagen. 4

5 Cuarta generación: - Solo gira el tubo, se utiliza un banco de detectores fijo, muy grande 360 grados. - La principal ventaja es que al girar solo el tubo, las velocidades de exploración eran muy grandes. - La desventaja es que es un sistema muy costoso y no justifica, hoy en dia cayo en desuso, se volvió a la 3ra generacion. Tomógrafos de tercera generación 5

6 Técnicas de exploración Topograma: 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 Secuencial Se realizan cortes tomográficos TAC. Los parámetros a definir son kv, ma, espesor del corte, pasos de corte, etc. Se utilizan cantidades de radiación mas altas. 6

7 Técnicas de exploración Espiral (Spiral CT) Se mueve en forma continua la mesa con el paciente mientras se hace girar el gantry. Se toman multiples medidas que luego seran interpoladas para obtener los cortes 2D o reconstrucciones 3D. Los parametros a definir son kv, ma, espesor de corte y pitch (tipicamente 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. Unidades Hunsfield El valor del coeficiente de atenuación depende de la energía de los rayos incidentes. Es así que se define una unidad relativa. Esta es relativa al coeficiente de atenuación del agua, que es similar al de la mayoría de los tejidos. 7

8 Instrumentación 8

9 Partes de un CT Partes de un CT Gantry y mesa Generador de alto voltaje. Sistema de enfriamiento Consola Computadora 9

10 Gantry Es la parte encargada de rotar tubo y detectores para adquirir las imágenes. Posee 2 partes, una estática y otra rotatoria. Puede ser inclinado +-30º. Sistemas de rotación. 2 tipos: Con motor AC con control de verlocidad por frecuencia y correa. Motor lineal de AC, imanes en la parte rotante y bobinas en la parte estática, velocidad controlada por frecuencia también. Gantry Partes principales Tubo de RX. Colimador Generador de alto voltage. Detectores. DAS: Sistema de adquisición de datos, mide y digitaliza la señal provenientes de los detectores. Enfriamiento. 10

11 Tubo de RX Ya visto en la clase anterior. Mediante HV se aceleran electrones desprendidos por el filamento e impactan contra el ánodo. Calentamiento del Tubo de RX Se levantan altas temperaturas, solo el 1% de la energía son RX, el otro 99% es calor. Los tubos mas grandes se usan en CT. Necesario usar sistemas de enfriamiento dedicados para el tubo, bombas de aceite e intercambiadores de calor. 11

12 Transmisión de señales Transmisión de señales de datos y de potencia a la parte rotatoria. Sistema de anillos deslizantes (sliprings). Potencia: Generador en la parte estacionaria implica HV a travez de los sliprings. Generador en la parte rotatoria implica 380AC o DC a través de los sliprings. Alimentación y voltajes para sist de control rotantes. Señales de control: sliprings de datos. Datos adquiridos por el DMS: sliprings o RF. Sistema de Anillos deslizantes 12

13 Control de rotación Se debe tener control de la rotación, posicion angular del gantry con exactitud. Medida de velocidad. Se utilizan sistemas de control de pulsos. Barreras de luz, hasta 1500 slots. Posición exacta. Sensores de proximidad, index sensor y sentido de rotación. Posición estimada. Útil para coordinar la reconstrucción de la imagen, saber en que posición del tubo fue adquirido cada dato. Triger por posición o por tiempo. Control de diafragmas Se debe limitar la radiación solo al paciente y en la zona a cortar. Se debe permitir seleccionar espesores de corte diferentes, siempre medidos en el centro de rotación. Con el EF se limita la radiación extra focal que sale del tubo. Se pueden usar 2 diafragmas, uno cercano al tubo otro cercano al detector. 13

14 Sistema de Adquisición - DAS y Detectores El tubo de RX emite. Existe un monitor de radiación que mide la intensidad de los RX antes de atenuarse. Los RX atenuados llegan a los detectores. El DAS preprocesa y digitaliza las señales provenientes de los detectores. Dichos datos se envían a un PC dedicado para el procesamiento de la señal y generación de la imagen (Imager). Por ultimo la imagen es enviada a otro PC (Host) quien la muestra en el monitor. Detectores Básicamente en la actualidad existen de 2 tipos: De estado sólido: Elementos individuales, cristal centellante o cerámicos y fotodiodos, corrientes de pocos ua. De gas: principio de cámara de ionización, alta tensión entre cada una de las 2 placas, los RX ionizan el gas y se produce flujo de e. Ya no se usan. 14

15 Detectores La banana de detectores está compuesta por varias pastillas de detectores de estado sólido. Los detectores de estado sólido consisten de un cristal centellante, como yoduro de cesio, tungstato de cadmio o material cerámico. Se convierten los RX en luz para aumentar la eficiencia del detector. Luego un fotodiodo convierte dicha luz en corriente eléctrica. Existen del orden de 800 elementos individuales en toda la banana (1 corte). Detectores Multicorte Se utiliza una matriz de detectores. Varias filas o hileras en dirección z (dirección de los cortes, sentido de la camilla). 15

16 Detectores Multicorte Construcción Detectores Multicorte Matriz fija Canales, es el número de cortes simultáneos que el equipo es capaz de adquirir en cada proyección. Generalmente no coincide con el número de hileras de detectores. Ejemplo de DAS con 16 hileras de detectores (1.25mm c/u) y 4 canales. Equipo de 4 cortes! NO 16! Matriz de detector fija. 4x5mm (colim 20mm), 4x2,5mm (colim 10mm), 4x1.25mm (colim 5mm), 4x3,75mm (colim 15mm). 16

17 Detectores Multicorte Matriz adaptiva Mismo caso anterior, 16 hileras, 4 canales. Equipo de 4 cortes. Elementos de detector de tamaño variable. Mejora de relación señal/ruido en cortes periféricos por tener mayor tamaño. Distancia que recorren los RX es mayor. Mayor flexibilidad en selección de espesores de corte. 4x5mm (colom 20mm), 4x2,5mm (colim 10mm), 4x1mm (colim 4mm), 2x1mm (colim 2mm), 2x0,5mm (colim 1mm), etc. Cortes mas gruesos obtenidos luego combinando los adquiridos. Detectores Multicorte Equipos Equipos de 16 canales, 16 cortes. 17

18 Detectores Multicorte Equipos Equipos de más de 64 cortes: Fabricante Modelo Detector Cortes Cobertura GE CT750HD 64x cm Philips ict 128x cm Siemens Definition 32x cm Siemens Definition AS+ 64x cm Toshiba Aquilion One 320x cm DAS 18

19 Sistema de refrigeración 2 tipos de sist. de refrigeración: Por agua helada, necesidad de contar con un chiller exterior y un intercambiador de calor. Refrigerados por aire, envian el calor a la sala de examen, es necesario incluir aire acondicionado potente en la sala. Se debe refrigerar toda la electrónica, la computadora que reconstruye las imágenes y se debe refrigerar al tubo de RX mediante una unidad dedicada, que refrigera el aceite que circula por el exterior de la ampolla. Generador Las funciones principales del Generador son: Control de la corriente de filamento: es necesario que circule una corriente por el filamento del tubo de RX para poder producir electrones libres que luego serán acelerados hacia el ánodo. Control de la alta tensión: Mediante un sistema especial (inversor, transformador, rectificador) se logran valores de 80KV a 140KV para acelerar los electrones. Control de rotación del ánodo: para evitar recalentamiento todos los CT usan ánodo rotatorio, su velocidad debe ser controlada dependiendo de la fase en la que se encuentre el equipo y varía entre 45 a 90Hz. 19

20 Generador de HV Generación de alto voltage: Tubo de RX Alim. Puente Banco de Trafo de Alto Rectificador Capacitores de ppal capacitores Inversor Voltaje onda alto voltaje completa /60 Rect. onda Filtrado Alta Alto voltaje a rectificador Filtrado Alto voltaje de Hz capacitivo frecuencia alta frec. capacitivo continua Inversor Lograr señal de alta frecuencia. Principio de funcionamiento: 20

21 Posicionamiento del paciente Gantry y mesa La tarea principal de este sistema es hacer posible la adquisición en la zona de interés, del volumen especificado 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 (craneo, columna, etc) es necesario ubicarse paralelo a estas estructuras, para ello el gantry se inclina (Tilt) hasta cierto punto (+-30º aprox). 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) 21

22 Innovación CTs Mulitislice 22

23 Tubo 0MHU Tubos de RX - Straton Alta disipación de calor por contacto directo entre ánodo y aceite. Hace innecesaria la acumulación de calor. Comparable a un tubo de 30MHU convencional. Tamaño pequeño y peso bajo. Permite velocidades de rotación mayores. Posibilita uso de doble tubo. 23

24 Dual Source - DSCT Siemens Somatom Definition Tubo A Tubo B Detector B Detector A Dual Energy - DECT Si bien no es una idea nueva, ha cobrado relevancia últimamente debido a equipos dual source y capacidades de procesamiento elevada. Coeficiente de atenuación depende de la Energía, nivel de gris diferente para diferentes energías seleccionadas. Se adquieren 2 juegos de imágenes a diferentes energías, 80KV y 140KV por ejemplo. Se obtiene información real de atenuación, permitiendo identificar y caracterizar materiales. 24

25 Sustracción de hueso automática. Diferenciación de placa y agente de contraste. Caracterización de cálculos. Visualización de cartílagos y tendones. Perfusión de corazón, evolución del contraste en el corazón. Obtención de imágenes sin contraste a partir de la pasada con contraste, dosis!. Etc. Dual Energy DECT Aplicaciones Dual Energy DECT Implementación Cada fabricante lo ha implementado de diferente forma: Dual Source, buena coincidencia, baja dosis. Conmutación rápida de KV, buena coincidencia, alta dosis. Detectores de doble capa, en desarrollo aun, muy prometedor. 2 Pasadas, mala coincidencia, contraste. 25

26 Reconstrucción 3D Visualización de Arterias coronarias HR independent temp Res. 83 msec Spatial Res mm 6 sec for 125 mm Rotation 0.33 sec 120 kv 380 ma/ rot Heart rate 122 bpm Courtesy of University Hospital of Munich - Grosshadern / Munich, Germany 26

27 Arterias del cráneo Spatial Res mm 8 sec for 181 mm Rotation 0.5 sec 140/ 80 kv 10/210 effective mas Courtesy of University of Erlangen/ Erlangen, Germany Árbol arterial periférico Spatial Res mm 23 sec for 1050 mm Rotation 0.5 sec 120 kv 157 effective mas Courtesy of University of Zuerich / Zuerich, Switzerland 27

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29 Gracias! 29