Exploración de los Principios Físicos en la Formación de Imágenes por tomografía computarizada :
Historia
1960: Científico Sir Godfrey Hounsfiel y Allan Mcleod Cormack comienzan a explorar la aplicación del rayos X para obtener imágenes de los órganos internos del cuerpo humano.
1971: Sir Godfrey Hounsfiel y Allan Mcleod Cormack construyen el primer escanner de TC, este utilizaba un tbo de rayos X y giraba entorno al cuerpo producciendo imagenes en seccion transversal.
1972: se obtiene la primera imagen de TC la cual mostraba una sección del cerebro.
1973: primera maquina de TC comercial.
1976: se desarrolla y emplea el TC de alta resolución lo cual permite la obtención de imágenes mas detalladas.
1980: se introduce el TC que permite escanear todo el cuerpo humano en una sola sección.
1990: desarrollo del TC espiral con la capacidad de generar imágenes en 3D.
2000: Introducción del TC multidetector con la capacidad de producir y obtener imágenes de alta resolución en menor tiempo.
2010: Desarrollo del TC de baja dosis, este reduce la exposición a la radiación ionizante.
El desarrollo en el tiempo de la tomografía computada TC ha estado relacionado principalmente con la mejora de características que permitan imágenes con mejor calidad y resolución, obtención de imágenes en menor tiempo posible y reducción del tiempo de exposición a la radiación ionizante propia de este tipo de equipos biomédicos.
Evolución histórica de los equipos TC
1ra generación (1971 - 1975): conformado por un haz de rayos X y detector que trabajaban de manera paralela. Constaba de un solo detector de 80x80 pix (resolución baja).
2da generación (1975 - 1980): los TC de esta generación contaban con aproximadamente 35 detectores, lo cual redujo de manera importante el tiempo de realización y obtención de las imágenes.
3ra generación (1980 - 1985): los equipos tomográficos de esta generación contaban con 250 detectores lo cual permitió disminuir a 5 segundos la realización de un estudio. Su principal desventaja es que causaba retroproyección.
4ta generación (1985 - 1990): se implementa el sistema de detección de rayos X en forma de anillo y un tubo de rayos X más rápido. Con esta tecnologia se obtenian imagenes con mayor resolución pero era costos.
5ta generación (1990 - 1995): Sistema de detectores de rayos X en forma de anillo y un tubo de rayos X mas rápido, esto permitía la generación de imágenes en 3D.
6ta y 7ma generación: Los tubos de rayos X se localizan al lado opuesto de los detectores los cuales tienen forma de arco. Se realiza movimiento espiral al rededor del paciente obteniendo diferentes cortes axiales del mismo.
Proceso de generación de imagen por TC
Un tubo de rayos X vs unos detectores giran al rededor del paciente capturando y realizando diferentes cortes de las diferentes estructuras del cuerpo humano. Para ello antes de tomar el estudio tomografico se fijan unos parametros.
Espesor del corte: corte pequeño (de alta resolución) cortes gruesos (menor resolución).
Tipo de reconstrucción: axial, coronal y sagital.
Tamaño del pixel: pixel pequeño (mayor resolución) y pixel grande (menor resolución) en la imagen.
Intervalo de reconstrucción
Filtro de reconstrucción
Atenuación
Presentación de la imagen por TC
Al igual que en la radiografía convencional, las imágenes de TC muestran una variedad de tonos de grises.
Las estructuras de baja densidad (pulmones y estructuras con aire en su interior) atenúan muy poco el haz de rayos X, mientras que las de alta densidad (huesos, contraste) lo atenúan en su totalidad o casi.
La información de atenuación sale de los detectores en forma analógica, y se transforma en una señal digital mediante un conversor analógico-digital.
Los valores digitales se utilizan en el siguiente paso, en el que la reconstruccion de la imagen emplea series de algoritmos de reconstrucción.
Conceptos
Ventana: rango de valores de atención del rayos X
Escala Hounsfield: escala de atenuación para medir la densidad entre los diferentes tejidos y estructuras por TC.
Agua: 0 HU
Aire: -1000 HU
Hueso: + 1000 HU
La amplitud de ventana (AV) hace referencia al intervalo de los números TC que se muestran como tonos de grises. Una ventana amplia indica una mayor agrupación de los números TC (escala amplia o bajo contraste).
Componentes del equipo de TC
Los componentes de los sistemas de TC suelen ser fijos.
Colimadores:
Detectores:
Tubo de rayos X:
Sistema informatico:
Gantry o carcasa:
consta de un tubo de rayos X, un dispositivo de detectores y colimadores. El gantry puede angularse hasta 30° en cada dirección, por ejemplo, para la realización de un escáner craneal o de la columna vertebral. El orificio central del gantry se denomina abertura del gantry.
El tubo de rayos X es similar a los que se emplean en radiologia general, tanto en su construccion como en su funcionamiento; sin embargo, existen modificaciones en el diseño, necesarias para asegurar que el tubo soporte el calentamiento secundario a mayores tiempos de exposicion.
La colimación en la TC es importante, porque permite reducir la dosis de radiación al paciente y mejora la calidad de imagen. La TC usa dos colimadores –prepaciente (en el tubo de rayos X) y pospaciente (en el detector)– que moldean y limitan el haz. El colimador pospaciente determina el grosor de los cortes.
Los detectores, con tecnología de estado sólido, constan de fotodiodos ensamblados con materiales fluorescentes. Los detectores de estado sólido transforman la energía transmitida por el rayo X en luz, que a su vez es transformada en energía eléctrica y después en una señal digital. El dispositivo de detectores condiciona la dosis de radiación que recibe el paciente, así como el grado de eficacia de la unidad de TC.
Precisa dos tipos de programas informáticos muy complejos: uno para el sistema operativo y otro para las aplicaciones. El sistema operativo controla los dispositivos informáticos (hardware), mientras que los programas informáticos de las aplicaciones controlan el preprocesado, la reconstrucción de imagen y una amplia variedad de operaciones de postprocesado.
Factor de paso (pitch):
El tubo de rayos X, la fila de detectores y el paciente están en movimiento continuo durante la adquisición de volumen. La zona anatómica global que se analiza en un escáner está determinada por el pitch o factor de paso, que es una proporción que relaciona la velocidad de la mesa con el grosor del corte.
Grado o intensidad con el que una sustancia reduce la cantidad o el efecto de la radiación
Principales artefactos:
Errores o distorsiones presentados en las imagenes tomograficas
Artefacto de dispersión: dispersión de los rayos X por los tejidos blandos.
Artefactos de reconstrucción: error en el proceso de reconstrucción de la imagen tomografica.
Artefacto de atenuación: dado por huesos o metales.
Artefacto de movimiento: movimiento del paciente
Dosis
Importancia
Parametros tecnicos para optimizar la dosis
Modulacion automatica
Factores influyentes
Tipo de exploración, edad y tamaño del paciente, nivel del detalle requerido, tipo de equipo de TC, Calculo de dosis, configuracion del equipo, calculos de la dosis.
kV: aumenta la dosis con el kilovoltaje, mA: aumenta la dosis con el aumento del miliamperaje, Tiempo de exposición, tipo de equipo de TC.
Determina la cantidad de radiación que recibe el paciente y determina la calidad de la imagen.
Técnica que regula y ajusta la dosis de acuerdo al tamaño y contextura del paciente.