ANÁLISE DE RUÍDOS PARA TOMOGRAFIA DE FEIXE CÔNICO

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1 ANÁLISE DE RUÍDOS PARA TOMOGRAFIA DE FEIXE CÔNICO Andressa Sledz [Bolsista] 1, Anna Silvia P. S. Rocha [orientadora] 2, Fábio Kurt Schneider[Colaborador] 3 1 DAELN, PIBIC 2 DAFIS, PPGEB 3 DAELN, CPGEI Campus Curitiba Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Av. Sete de Setembro, 3165 andressa_sledz@hotmail.com, annarocha@yahoo.com, fabioks@utfpr.edu.br Resumo - O avanço tecnológico tem sido constante na área de imagem. A tomografia computadorizada de feixe cônico (CBCT) contribui cada vez mais para o apoio diagnóstico às diversas especialidades odontológicas. Os pacotes de software utilizados nestes equipamentos também contribuiem para a melhoria da qualidade das imagens produzidas, bem como para a relação sinal-ruído essencial para o controle de qualidade. Métodos baseados em tomografia computadorizada helicoidal foram a motivação para a adaptação das medidas de desvio padrão com os números de Hounsfield, pois há dificuldade de fornecer uma métrica para avaliação de imagens reconstruídas no CBCT. Assim, o objetivo deste estudo é associar a tecnologia da informação e a radiologia, de tal forma a analisar a relação sinal-ruído em imagens de tomografia computadorizada de feixe cônico usando um Phantom envolto por água e valores de escala Hounsfield determinado para água e ar em tomografia computadorizada helicoidal. Palavras-chave: Helicoidal. Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico; Ruído; Tomografia Computadorizada Abstract - Technological advancement has been constant in the imaging area. The cone beam tomography (CBT) increasingly contributes for diagnosis support to the various dentistry specialties. The software packages used in these equipments also contribute to the quality improvement of images produced, as well as for the signal-tonoise ratio essential to the quality control. The difficulty of providing a metric for evaluating reconstructed images in cone beam-based methods is the motivation for adapting the standard deviation measures with the Hounsfield numbers, typically used in helical computed tomography. Thus, the aim of this study is to associate the information technology and the radiology in such a way as to analyze the signal-to-noise ratio in computed tomography images of CBT using a Phantom filled with water and Hounsfield scale values determined for water and air. Keywords: Cone Beam Computed Tomography; Noise; Helical Computed Tomography. INTRODUÇÃO A radiologia presencia uma constante revolução, desde a descoberta dos raios X por Röntgen, em Novas tecnologias abrem outros horizontes. As variações de angulações propostas por Clark e o desenvolvimento da radiografia panorâmica por Paatero direcionaram

2 para diferentes aplicações dos raios X na odontologia [1]. Recentemente, a tomografia computadorizada Cone Beam (CBCT) introduziu a terceira dimensão na odontologia, beneficiando especialidades que até então não usufruíam da Tomografia Computadorizada médica por falta de especificidade. Hoje, a CBCT permite a visualização de uma imagem tridimensional, em que um novo plano é adicionado, profundidade. Sua aplicação clínica permite acurácia, e se aplica para a maioria das especialidades na odontologia. A visão real da associação destes indicadores aos aspectos clínicos projeta a quarta dimensão, marcada pela necessidade de tempo, espaço e exposição aos raios X. Há estudos que comprovam que a radiação emitida pela tomografia de feixe cônico está próxima a 1/6 da radiação emitida de uma tomografia computadorizada helicoidal [2]. Dando importância a esses dados optou-se verificar com detalhes o nível de ruído para imagens colhidas de um simulador envolto por água a fim de avaliar a variabilidade do contraste que em um caso ideal não existiria. METODOLOGIA Nesta pesquisa, foi utilizado o equipamento de tomografia de feixe cônico (CBCT) Newtom 3G, fabricado pela QR Verona Verona, Itália. Para a aquisição das imagens, foi utilizado o Phantom do próprio equipamento no tamanho do campo de visão (FOV) de 9 polegadas, operando a 110 kvp e 3,24 mas, com contraste em 40%. As imagens foram processadas em máxima qualidade permitida pelo programa computacional NNT, salvas em formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) e analisadas no programa OSIRIX para seleção dos cortes tomográficos realizados. As regiões periféricas e centrais dos cortes tomográficos selecionados foram transferidos para o programa MATLAB (software) para a quantificação do nível de ruído. A implementação do código iniciou-se a partir de uma fatia da imagem gerada pelo tomógrafo de feixe cônico (Fig. 1). Figura 1: Imagem Axial do simulador Tendo em vista que a área analisada foi dentro da forma circular, optou-se por fazer uma varredura interna a esta área principal também em formato circular para haver um melhor aproveitamento dos pontos periféricos a serem analisados (Fig. 2). Figura 2: Regiões de análise.

3 O cálculo das regiões de análise foi feito a partir da fórmula do desvio padrão. Pois idealmente a aquisição de uma imagem tomográfica de um objeto homogêneo (inteiramente constituído por água) teria um valor dos pixels uniforme. Na prática tal valor não se verificou, pois a variação na intensidade do pixel tem valores aleatórios e sistemáticos. A diferença na média do valor dos pixels entre uma região central e regiões periféricas de uma imagem tomográfica reflete a uniformidade da imagem, enquanto o desvio padrão (SD) dos valores dos pixels de todas as regiões é uma indicação do ruído da imagem. A Equação (1) representa a fórmula do desvio padrão. SD = (x x) (1) Onde N representa o número de pixels, x o valor nominal de cada pixel e x o valor médio dos pixels da região analisada. O ruído pode ser expresso em termos do valor dos números TC em unidades Hounsfield (HU), ou como percentagem dos coeficientes de atenuação linear da água corrigindo-se para a escala de contraste de aquisição, segundo a Equação (2). Ruído = SD (HU é HU ) x100% (2) A Equação (3) é a forma simplificada da Equação 2 no caso do Phantom de água (em que HU é =0, HU =-1000), então obtemos: Ruído = SD 10 % (3) O ruído de uma imagem determina o limite inferior a partir do qual um detalhe pode ser distinguido pelo operador, tendo, portanto, uma significativa importância na qualidade de imagem tomográfica. O ruído foi avaliado para as regiões centrais e periféricas da imagem selecionada do Phantom e foi medido em uma área superior a 10% da imagem em análise [3]. No estudo a avaliação do ruído procedeu-se do seguinte modo: Alinhou-se o Phantom (QA SN:NT90aL000674) do próprio equipamento no tamanho do campo de visão (FOV) de 9 polegadas, operando a 110 kvp e 3,24 mas, com contraste em 40%. no centro do gantry. Registrou-se o desvio padrão para 5 regiões com tamanho aproximadamente de 6% para cada, sendo uma na zona central da imagem e quatro na periferia (perfazendo uma avaliação de 30% da área do Phantom). Neste estudo foi analisado o ruído para quatro fatias diferentes. Foi efetuado as medições do ruído de fundo nas fatias centrais adjacentes ao corte central principal de modo a verificar a uniformidade longitudinal do aparelho. O valor do ruído foi calculado pelas Equações (1) e (2) e a uniformidade foi calculado pela média aritmética dos três cortes. Em primeira instância foram analisadas as cinco regiões em cada fatia. As fatias foram escolhidas de acordo com o objetivo do estudo em analisar a região central do Phantom que é

4 onde se localiza em um exame a região da mandíbula do paciente, no caso de estudos voltados a área de odontologia. Esta região é representada entre as fatias F2 e F3. Figura 3: Especificação das fatias. Com a finalidade de verificar o ruído considerando a região na proximidade das fatias F1 a F4, utilizou-se adicionalmente uma fatia anterior (FA) e outra fatia posterior (FP) para cada uma dessas regiões conforme apresentado na Figura 4. As mesmas equações foram utilizadas para esta análise com a exceção de que os dados obtidos de cada fatia foi substituído pelo valor médio das fatias daquela região. Por exemplo, para a fatia F1 os dados utilizados foram o valor médio de F1A, F1 e F1P. RESULTADOS E DISCUSSÃO Figura 4: Especifica a média das fatias. A Tabela 1 mostra os valores individuais do ruído () para cada região de acordo com as fatias F1 a F4. Analisando a (Fig. 3) e a Tabela 1 constatou-se que as fatias F2 e F3 possuem um menor ruído em relação às fatias F1 e F2. Imagens fatiadas F1 início do Phantom F2 meio início F3 meio - fim F4 fim do Phantom R1 R2 R3 R4 Rc Média 2,596 2,634 2,668 2,648 2,536 2,616 2,527 2,543 2,553 2,526 2,527 2,527 2,571 2,511 2,461 2,462 2,422 2,485 2,781 2,705 2,606 2,591 2,531 2,643

5 Tabela 1: Ruído para cada região de cada fatia. A Tabela 2 apresenta os valores de para a média das fatias demonstrando que a constatação anterior de que o ruído de fundo para MF2 e MF3 é menor do que para MF1 e MF4. Média das fatias R1 R2 R3 R4 Rc Média MF1 início 2,597 2,632 2,667 2,645 2,537 2,615 do Phantom MF2 meio 2,489 2,494 2,481 2,476 2,424 2,473 início MF3 meio 2,468 2,411 2,459 2,462 2,421 2,444 fim MF4 fim do 2,782 2,705 2,607 2,591 2,531 2,643 Phantom Tabela 2: Ruído para média de três fatias subseqüentes. Os resultados obtidos permitiram verificar que a fórmula aplicada para análise de ruído em tomografia helicoidal pode estar dentro da média esperada quando aplicada nas imagens geradas pelo tomógrafo de feixe cônico. Segundo estudos referente a Dalmazo et al (2010) o valor médio para o ruído equivalente a 0,7% (130 kvp/120 mas) e a 0,9% (130 kvp/115 mas) utilizando equipamento tomográfico helicoidal de corte único (Somatom, Siemens) [4]. Valores de 0,27% foram encontrados no estudo de Saint Yves L. A. Thalis et al (2010) com equipamento de tomografia multi cortes (Philips CT, 16 cortes) [5], utilizando este autor a mesma formula para desvio padrão estabelecida nesta pesquisa. Ainda cita Dalmazo et al. que o máximo estabelecido para controle de qualidade em tomografia helicoidal seria 1%, dando uma diferença de 1,5% da média de ruído encontrada na tomografia de feixe cônico. A grande diferença de mas gerada no exame de tomografia de feixe cônico, em torno de 37% menor que no exame da tomografia helicoidal, pode ser um dos motivos da diferença encontrada nos valores de ruído. Hoffmann (2010) estudou parâmetros físicos em tomografia de feixe cônico e relatou que o ruído apresentou-se como um fator determinante da resolução em contraste e, em menor grau, da resolução espacial, afetando a qualidade geral da imagem. O autor encontrou valor de 3,20% utilizando um reservatório pet preenchido por água para captação das imagens e afirma que mesmo calculando-se o nível de ruído apresentado pelos equipamentos CBCT não pôde-se concluir sobre concordância em relação aos valores previstos pelo manual de desempenho de equipamentos da ANVISA, pois os fabricantes não informaram os valores de ruídos referentes à linha de base dos equipamentos os quais são necessários aos ensaios de aceitação dos mesmos[3]. CONCLUSÕES Os resultados obtidos mostraram que o nível médio de ruído para todas as fatias estabelecidas foi de 2,57%. A diferença de ruído encontrada na tomografia computadorizada de feixe cônico comparado ao padrão máximo de qualidade estabelecido a tomografia helicoidal foi de 1,57%.

6 A diferença entre a média encontrada nas regiões periféricas para todas as fatias e a média dos valores da região central (Rc) foi de 0,08%. E a diferença entre a média das fatias inferiores e superiores e a média das fatias centrais do Phantom resultou em 0,12%. A fórmula de desvio padrão utilizando os números TC helicoidal (HU) pode ser uma ferramenta válida para a comparação de ruído no tomógrafo de feixe cônico precisando ainda de estudos complementares. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Departamento Acadêmico de Eletrônica (DAELN) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), à Secretaria de Ensino Superior (SESu) do Ministério da Educação (MEC) pelo suporte educacional ao grupo PET (Programa de Educação Tutorial), à Fundação Araucária pela bolsa de iniciação científica. E aos colaboradores Raquel de Paiva Corotti, Hugo Vieira Neto que cooperaram de forma sustentável na construção do artigo. REFERÊNCIAS [1] Tomografia Cone Beam. CROIF Centro de Radiologia Odontológica. Disponível em Acesso em 12 de junho de [2] Santos S. Thiago I ; Neto F. C. José II ; Raimundo C. Ronaldo III ; Frazão Marco IV ; Gomes C. A. Ana V. Relationship Between the mandibular Canal and Third Molar in Cone eam Tomography. Rev. Cir. Traumatol. Buco-Maxilo-fac, Camaragibe v.9, n.3, p.79-88, jul./set [3] Elias Cantarelli Hoffmann. Estudo de parâmetros físicos envolvidos com a qualidade da imagem em tomografia computadorizada de feixe cônico. Trabalho de conclusão de curso de graduação apresentado à Faculdade de Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Física Médica [4] Juciléia Dalmazo I ; Jorge Eias Júnior II ; Marco Aurélio Core Brocchi III ; Paulo Roberto Cósta IV ; Paulo Mazzoncini de Azevedo-Marques V. Otimização da dose em exames de rotina em tomografia computadorizada: estudo de viabilidade em um Hospital Universitário. Radiol Bras vol.43 no.4 São Paulo July/Aug [5] Saint Yves L.A. Thalis, Travassos B. Cesar Paulo, Gonçalves A.S. Elicardo, A. Mecca Fernando, Silveira B. Thiago. Optimization of the dose x noise in the image on protocols for computed tomography of pediatric head. Revista brasileira de Física Médica.2010.