Tomografia Computadorizada I Walmor Cardoso Godoi, M.Sc. http://www.walmorgodoi.net Aula 04 Sistema Tomográfico Podemos dizer que o tomógrafo de forma geral, independente de sua geração, é constituído de três partes: portal; eletrônica de controle; console de comando e computador. 1
Sistema Tomográfico Sistema Tomográfico Diagrama de disposição de um Sistema Tomográfico. 2
Portal Portal (Gantry) Portal 3
Cabeçote Aquecimento Se ainda considerarmos que num exame de tórax na TC são realizados em média 20 cortes, em questão de 30 segundos, a ampola sofrerá a ação de uma energia térmica na ordem de 500 mil HU (20 x 24.000 HU). 4
Formação do Tomograma A criação do tomógrafo computadorizado só foi possível por causa da matemática desenvolvida especialmente para a tomografia. Graças ao matemático e médico Allan Cormack foi possível que o tomógrafo de Sir Godfrey Hounsfield torna-se realidade. Formação do Tomograma Esta matemática permite que as informações confusas vindo dos sensores de raios X, que são semelhantes às imagens de uma radiografia convencional, possam ser trabalhadas e dêem origem às imagens de cortes transversais da anatomia do paciente. 5
Técnicas de Reconstruções Ópticas A tomografia só foi possível devido ao desenvolvimento dos computadores 1977, Edholm introduz uma forma de configuração óptica para tomografia. Não é utilizada hoje. Para adquirir uma imagem, um feixe de raios X é produzido usando uma fenda de colimação, que irradia através do objeto e cuja projeção é gravada num filme como uma única linha. Técnicas de Reconstruções Ópticas O filme é movido linearmente e de forma síncrona com a rotação do objeto examinado O padrão gravado é denominado senograma e este pode ser usado para a reconstrução O primeiro passo na reconstrução é uma iluminação unidimensional do sinograma, que é projetado por uma lente de cilindros e gravado num segundo filme. 6
Técnicas de Reconstruções Ópticas As lentes cilíndricas espalham o perfil do senograma espacialmente. Deslocando o filme do senograma e rotacionando as lentes cilíndricas simultaneamente, uma retroprojeção simples é armazenada e todos os perfis de projeções são superimpostas. Após isso -> Um filtro passa-alta é utilizado usando óptica de Fourier. 7
Representação da Imagem Uma matriz de N x N pontos (pixels) é formada na tomografia. Atualmente, a imagem tomográfica é gerada com matrizes a partir de 256 x 256 pontos, passando por 320 x 320 até 512 x 512 pontos. Equipamentos mais modernos chegam a trabalhar com matrizes de 1024 x 1024 pontos Elementos da Imagem A menor unidade de dimensão ou de imagem do tomograma computadorizado é o ponto fotográfico, conhecido em inglês por pixel (picture element) O pixel não tem uma dimensão ou comprimento definido pois depende do tamanho do campo de visão e da matriz de imagem. 8
Digitalização Amostragem (Resolução): Consiste em discretizar o domínio da imagem em nas direções x e y, gerando uma matriz MxN. Quantização (Profundidade): Consiste em escolher um número inteiro L de níveis de cinza permitidos para cada ponto (para cada pixel) Imagem em escala de cinza x L x y 255 Imagem 2 bits: 2 1 =2 níveis de cinza Imagem 8 bits: 2 8 = 256 níveis de cinza Imagem 12 bits: 2 12 =4096 níveis de cinza 0 Posição em x 9
Pixel e Voxel a densidade apresentada através do tom de cinza pelo pixel na tela estará representando na realidade, não uma área, mas sim a densidade de um pequeno volume do corpo do paciente FOV O campo de visão, ou field of view (FOV), ou ainda scan diamenter, é um valor fornecido pelo técnico operador quando da realização de cada exame. Este valor está diretamente relacionado com a região do exame: para crânio, o campo de visão é da ordem de 24 cm, para tórax/abdômen utiliza-se 35 cm ou 42cm (paciente obeso). 10
FOV Os valores permitidos para o FOV podem ser fixos (3 ou 4 valores) nos equipamentos) nos equipamentos mais antigos, ou ajustáveis de 1 em 1 cm nos tomógrafos mais modernos. Tamanho do Pixel na Tomografia 11
Tamanho do Pixel na Tomografia Como podemos ver, o ponto colorido na tela pode representar uma área no paciente de 0,6835 mm x 0,6835 mm ou uma área de 1,3671 mm x 1,3671 mm. Isto dá uma diferença de 4 vezes entre a menor (0,467 mm 2 ) e a maior área (1,869 mm 2 ). Logo, patologias menores que 1 mm 2 não seriam detectados com a escolha da resolução maior (opção b). Reconstrução da Imagem Para descobrir o valor de densidade de cada ponto interior ao corpo humano, o tomógrafo realiza a medição da atenuação de radiação que o corpo humano provoca quando atravessado por um feixe de raios X 12
Espaço e Frequência 13
Reconstrução da Imagem Equação de Lambert-Beer só falta descobrir qual é o valor da espessura L do paciente para que o computador possa montar finalmente a imagem. Reconstrução da Imagem 14
... 15
Assim, o valor que o computador calcula inicialmente, Confecção da Matriz Imagem Considere o objeto com atenuações 16
Colocando todos estes números na matriz, com as devidas ponderações devido a angulação, o computador chegará a uma matriz de imagens parecida com esta: 17
Valores de densidade Escala de Hounsfield Para cada elemento de volume é dado um valor numérico. A densidade na tomografia computadorizada é diretamente proporcional com o coeficiente de atenuação. Após a calibração interna do tomógrafo, a densidade do tomograma computadorizado da água é ajustada para 0, e a densidade do ar para -1.000 unidades Hounsfield (Hounsfield units ou simplesmente HU). 18
Densitometria Através da comparação com os tecidos circundantes, a estrutura pode ser descrita como isodensa (mesma densidade), hipodensa (baixa densidade) ou hiperdensa (alta densidade). 19
Ex. 1: valor central = 200 HU largura = 1400 HU cada nível de cinza representa 5,5 valores HU Ex. 2: valor central = 1000 HU largura = 400 HU cada nível de cinza representa 1,5 valores HU 20