COMPUTER-TOMOGRAFIA

COMPUTER-TOMOGRAFIA Computer-tomografia (CT) face parte din explorarile imagistice sectionale, fiind o metoda relativ recenta rezultata din combinarea utilizarii razelor X si a computerului. CT se bazeaza pe doua principii:

masurarea atenuarii unui fascicul de raze X ce traverseaza un corp si calculul coeficientului sau de atenuare, deci a densitatii sale radiologice

reconstructia imaginii unui obiect plecand de la proiectiile sale diferite, practic realizand o reproducere bidimensionala a realitatii tridimensionale.

Imaginea CT reprezinta etalarea anatomica a unei sectiuni axiale a corpului uman de o grosime prestabilita, prin masuratori ale absorbtiei razelor X facute din diverse unghiuri in jurul corpului uman.

Planul de sectiune este pentru majoritatea structurilor investigate, cel transversal sau axial, pentru fiecare sectiune tubul de raze X se roteste in jurul bolnavului, avand pe partea opusa detectorii al caror rol este de a recepta energia fotonica ce a traversat corpul uman si de a o transforma in energie luminoasa, pe care ulterior o fotodioda o transforma in semnale electrice. Aceste semnale sunt apoi digitalizate si transmise unui procesor de imagini, ce reconstruieste imaginea pe baza unui numar mare de masuratori, doza de iradiere fiind apreciabila. In timpul scanarii sunt obtinute diferite profile de atenuare sau proiectii. Profilele de atenuare sunt o colectare a datelor obtinute de la canalele de detectori la o pozitie unghiulara data a unitatii tub-detector.

CT-urile moderne au aproximativ 1.400 de proiectii la 360^o sau aproximativ 4 proiectii pe grad. Fiecare profil de atenuare cuprinde datele obtinute de la aproximativ 1.500 de canale de detectori, aproximativ 30 de canale pe grad in cazul deschiderii de 50 ^o  a fasciculului de radiatii.

Schema de ansamblu a unei unitati CT cuprinde:

sistemul de achizitie a datelor,

sistemul de procesare a datelor,

sistemul de vizualizare si stocare a datelor,

sistemul de comanda a ansamblului.

Sistemul de achizitie a datelor cuprinde tubul de radiatii X, detectorii si o serie de elemente electronice asociate, toate montate intr-un cadru denumit GANTRY.

Aceste componente au cunoscut schimbari considerabile de-a lungul timpului. Tuburile sunt de capacitate medie si nu difera principial de cele clasice. Detectorii pot fi solizi, gazosi sau semiconductori.

Detectorii gazosi constau din camere de ionizare in care circula Xenon sub presiune (nu mai mult de 25 atmosfere). Aceste camere (mai mult de 700) sunt confectionate simultan in cursul fabricatiei, iar Xenonul circula liber, presiunea lui fiind constanta. Peretele camarutelor este confectionat din placute de Tugnsten subtire, care servesc ca electrozi, reducand radiatiile difuzate si ajungand la colimarea fasciculului.

Detectorii solizi sunt confectionati din iodura de cesiu si tungstat de cadmiu marcati cu un senzor de silicon care va permite detectorilor sa aiba o deschidere mica si sa fie bine impachetati. Avem aproximativ 600-1.200 de detectori amplasati pe un segment de cerc denumit banana de detectori in cazul aparatelor de generatia a 3-a.

Diferenta dintre detectorii solizi si cei gazosi consta in:

gradul de conversie a energiei (100% in cazul detectorilor solizi si doar 60-80% in cazul detectorilor gazosi);

  ionizarea remanenta (puternica in cazul detectorilor solizi si absenta in cazul detectorilor gazosi).

Componentele sistemului de achizitie au cunoscut schimbari spectaculare de-a lungul timpului:

prima generatie folosea un singur tub si un singur detector, efectuand miscari de rotatie si translatie in jurul corpului. Dezavantajul major al acestei instalatii era timpul lung de scanare;

generatia a 2-a folosea de asemenea miscarea de rotatie si translatie, dar erau folositi mai multi detectori, iar fasciculul era sub forma de evantai;

generatia a 3-a a permis renuntarea la miscarea de translatie, tubul si detectorul efectuand numai miscare de rotatie, iar unghiul de divergenta era deschis in asa fel ca sa cuprinda intreg corpul. Rotatia detectorilor concomitent cu tubul a permis o mai buna colimare a detectorilor, reducerea radiatiilor difuzate si a zgomotului de imagine si in consecinta o ameliorare considerabila a calitatii imaginii;

  generatia a 4-a are in general aceleasi principii ca si generatia a 3-a, dar detectorii sunt ficsi, dispusi circular, pe 360 ^o in timp ce tubul se roteste in jurul corpului. Colimarea stramta a detectorilor limiteaza numarul de proiectii. Pentru a compensa aceasta, detectorii trebuie colimati larg, ceea ce duce la cresterea radiatiei difuzate si a zgomotului de imagine si in consecinta o diminuare a rezolutiei de densitate.

Aceste patru generatii de CT constituie CT clasica sau conventionala, in care grosimea sectiunii si distanta dintre ele sunt prestabilite. Pauza scurta dintre sectiune, rezervata miscarii mesei pentru sectiunea urmatoare, permite de asemenea reluarea respiratiei si evitarea in acest fel a artefactelor de miscare.

Datele colectate de la fiecare sectiune sunt stocate separat.

CT-spirala, sau volumetrica presupune miscarea continua a mesei si rotirea continua a tubului in timp ce pacientul avanseaza in Gantry. Raportul dintre viteza mesei/rotatie (nu per secunda) si grosimea sectiunii este cunoscut sub denumirea de PITCH.

Reconstructia imaginii este facuta dintr-un singur set de date la grosimea si intervalul dorit.

Reconstructie 3D - tomografie computerizata spirala

Avantajele CT-spirala sunt:

reducerea timpului de explorare (un examen de abdomen este efectuat numai in 1-2 minute, fiind necesare 2-3 spire, fiecare de aproximativ 25-30 secunde);

nu depinde de respiratia si inconstanta miscarilor respiratorii;

  ameliorarea detectabilitatii leziunilor in special a celor mici;

  reducerea cantitatii de SDC utilizata si in consecinta a costului examinarii;

posibilitatea reformatarii rapide in planuri multiple sau a reconstruirii;

reducerea dozei de iradiere a bolnavului.

Sistemul de procesare a datelor. Semnalele electrice rezultate in urma conversiei energiei luminoase a detectorilor de catre fotodioda sunt numerizate (matematizate) si stocate pe o matrice de reconstructie, iar apoi comparate cu matricea implementata in aparat. Fiecarui patratel al matricei ii corespunde o unitate de densitate exprimata printr-o nuanta de gri. Matricea initiala avea 80/80 de patratele, iar astazi aparatele moderne au 2048/2048 sau 4096/4096 de unitati de densitate. Cu cat aceste unitati de densitate sunt mai mici cu atat imaginea va fi mai buna. Unitatea de volum constituenta a imaginii este denumita VOXEL, iar corespondentul bidimensional al voxelului PIXEL. Pixelul reprezinta, prin urmare, suma valorilor dintr-un voxel si este cea mai mica unitate constituenta a imaginii.

Unitatea de masura a densitatii este denumita Unitate Hounsfield (UH) si este definita ca si a 1/1000 din diferenta de densitate dintre apa si aer sau 1/1000 din diferenta de densitate dintre aer si compacta osoasa.

Grila de densitati este arbitrara, densitatea aerului fiind considerata -1000, a apei 0, iar densitatea osoasa +1000 (sau mai mult in functie de performantele aparatului).

Vizualizarea datelor si comanda ansamblului

Imaginea obtinuta dupa reconstructie este prezentata pe monitorul din incaperea in care se gaseste consola.

Operatorul are posibilitatea prelucrarii imaginii si ameliorarii datelor unei imagini deja achizitionata, dar are la indemana si o serie de elemente operationale pe care le selecteaza inaintea scanarii si de care va depinde in mare masura calitatea imaginii:

voltajul este proportional cu volumul scanat (cu cat este mai mare cu atat penetrabilitatea este mai mare, iar valorile densitometrice mai corecte);

miliamperajul trebuie sa fie optim, un miliamperaj prea mic ducand la artefacte de fotopenie;

colimarea este folosita in functie de scop, sectiunile fine vor avea un zgomot foarte ridicat si trebuiesc efectuate cu KV ridicat, ceea ce duce la cresterea iradierii bolnavului si uzura tubului;

pasul sau incrementul este distanta cu care se deplaseaza masa pe care este asezat bolnavul, fiind de regula egala cu grosimea sectiunii. Este un parametru tehnic foarte important care determina in mare masura calitatea examinarii, dar si durata ei. Leziunile mici trebuiesc examinate cu sectiuni fine, cele mari cu sectiuni groase, evetual discontinue. Calitatea unei imagini reformatate sau reconstruite va fi cu atat mai buna cu cat sectiunile sunt mai fine;

zoomul (marirea imaginii) poate fi prospectiv sau retrospectiv, ultimul obtinandu-se prin marirea imaginii dupa achizitie, lucru care scade considerabil calitatea imaginii.

Stocarea imaginilor obtinute poate fi facuta pe discul computerului, pe disc optic, CD, etc. Imaginea stocata poate fi revazuta ulterior si eventual inregistrata pe film radiografic ori fotografic.

Densitatea tesuturilor/fereastra

Densitatea unei structuri este reprezentata prin nuante de gri si depinde  de cantitatea de radiatii atenuate. Structurile cu o densitate mare produc o atenuare importanta a radiatiilor, iar pe ecran apar in nuante de culoare gri deschis spre alb, avand un numar CT mare. Cele cu densitate mica: grasimea, bila, urina, sunt reprezentate pe ecran de nuante gri inchis spre negru si au valori de atenuare mici sau negative.

Imaginea poate fi imbunatatita pe ecran prin modificarea numarului de trepte de gri (largimea ferestrei) sau prin nivelul la care fereastra este setata (nivelul ferestrei).

Nivelul ferestrei reprezinta densitatea medie a structurilor din aria scanata si trebuie aleasa pentru a fi cat mai aproape de densitatea medie a tesutului examinat.

Largimea ferestrei reprezinta diferenta dintre densitatea cea mai mica si cea mare de pe imagine. Largimea ferestrei trebuie sa fie cu atat mai mare cu cat diferenta de densitate dintre structurile studiate va fi mai mare si mai stramta pentru structurile cu diferente mici de densitate. O fereastra stramta avand contrastul cel mai ridicat va acoperi numai o portiune redusa din grila de densitati.

In general nivelul de densitate pentru majoritatea structurilor din organism se situeaza intre +10 si +90 UH. Structurile cu continut aeric si lipomatos au valori negative. Astfel, un lipom are valoare de atenuare de -50 UH. Administrarea SDC modifica semnificativ densitatea tesuturilor a caror valoare creste cu 40-60 UH.

Pentru tesuturile moi nivelul ferestrei va fi in jur de 50 UH, iar largimea ei la aproximativ 350.

Pentru torace se va utiliza o fereastra de tesuturi moi care va permite studiul structurilor mediastinale si o fereastra de parenchim cu nivel la aproximativ -500 si largimea la aproximativ +2000.

Studiul craniului va necesita de asemenea o fereastra de parenchim cu nivel la aproximativ +35 UH si largimea la aproximativ +80 si o fereastra osoasa pentru studiul calotei si a bazei craniului nivel la aproximativ +500 si largime la aproximativ +1500 imagini_ct

Diferentierea intre tubular si nodular pe imaginea CT

Diferentierea intre tubular si nodular pe imaginea CT este esentiala dar poate fi extrem de dificila in conditiile in care densitatea acelor structuri este apropiata. Urmarirea secventiala a sectiunilor proximal si distal de sectiunea in studiu poate ajuta la elucidarea  aspectului ca si folosirea contrastului i.v.. De regula imaginile nodulare sunt vizibile doar pe una sau doua sectiuni, in timp ce un vas sau o masa musculara poate fi urmarita pe mai multe sectiuni.

Administrarea SDC

Diferentierea structurilor normale de cele patologice sau chiar a celor normale intre ele este adesea foarte dificila datorita valorilor de atenuare apropiate ale acestora. Pentru ca o structura sa fie perceputa separat este necesar ca intre ea si structurile adiacente sa existe o diferenta de densitate de 4-6 UH.

Administrarea SDC conduce la cresteri cu 40-60 UH a densitatii, accentuand diferentele de densitate intre tesuturi si permitand individualizarea lor.

Structurile din jur determina in mod substantial calitatea si aspectul imaginii. Un hematom cerebral va aparea hiperdens datorita faptului ca masa cerebrala are valori de densitate inferioare sangelui proaspat, pe cand un hematom hepatic va aparea hipodens, parenchimul hepatic avand valori densitometrice superioare sangelui.

Administrarea SDC poate fi facuta pe diferite cai (i.v., oral, endorectal, endovaginal, etc).

Indicatiile administrarii SDC sunt:

precizarea vascularizatiei masei tumorale;

diferentierea intre o masa tumorala si o malformatie vasculara;

  identificarea structurilor tubului digestiv;

  diferentierea elementelor hilului hepatic ori pulmonar;

  evaluarea tractului urinar;

  detectarea leziunilor focale (hepatice, pancreatice, cerebrale, etc) si precizarea naturii lor;

identificarea pachetului vascular, raporturilor sale cu masa tumorala.

Tehnica administrarii SDC este aleasa de examinator. Pentru contrastul i.v. poate fi in bolus (cantitate mare in timp scurt). Pentru celelalte cai de administrare tehnica trebuie adaptata scopului urmarit.

Metodologia examinarii trebuie sa tina cont si de comportamentul particular al unor structuri la administrarea contrastului. In investigarea etajului abdominal superior trebuie sa se tina cont ca pancreasul se incarca si se spala inaintea splinei si a ficatului si ca atare scanarea va incepe cu el.

Artefactele

Prezenta artefactelor ingreuneaza interpretarea imaginilor, iar cunoasterea lor prezinta importanta deosebita atat pentru evitarea sau diminuarea lor cat si pentru evitarea falselor interpretari.

Exista in principal doua tipuri de artefacte:

1. Artefacte inerente (rezultate in principal din prelucrarea datelor)
1. Alinierea gresita a detectorilor cu raze X
2. Inomogenitati in emisia fasciculului
3. Erori de masurare
4. Artefacte de coasta
5. Artefacte de fosa posterioara stripe artefacte
2. Artefacte de malfunctie (de aparat si utilizator):
1. Ring artefact (eroare de detectori)
2. Artefacte de miscare (pot fi diminuate prin sedarea pacientului, reducerea timpului de scanare si coordonarea respiratiei)
3. Efectul de volum partial este artefactul cel mai frecvent intalnit. Este datorat folosirii unei sectiuni prea groase fata de dimensiunile structurii de interes.

Operatorul determina grosimea sectiunii in functie de regiunea explorata. Pentru torace si abdomen se folosesc sectiuni de 8 sau 10 mm, in timp ce baza craniului, fosa posterioara sau coloana trebuiesc examinate cu sectiuni mai fine, 2-5 mm. O structura poate fi inclusa in grosimea unei sectiuni in intregime sau numai partial. Valoarea densitometrica a voxelului depinde de media atenuarii tuturor structurilor din interiorul ei. Daca o structura are imagini nete pe o sectiune, ea va aparea bine definita (cazul aortei sau cavei abdominale). Efectul de volum partial survine atunci cand structura nu ocupa in intregime grosimea unei sectiuni de exemplu cand structura include o parte a corpului vertebral si o parte a discului adiacent, definirea leziunii va fi slaba. Aceasta se intampla si in cazul organelor care se subtiaza in cadrul unei sectiuni precum polul renal sau vezica biliara.

Pregatirea examinarii presupune informarea pacientului despre metodologia examinarii, posibile reactii la substantele de contrast si efectul nociv al examinarii dar si a medicului asupra unor date menite sa previna eventualele accidente sau sa ajute la interpretare precum:

existenta unor episoade alergice anterioare la substanta de contrast iodate sau a unor boli alergizante;

functia renala (nivelul crescut al creatininei contraindica explorarea cu contrast, iar la pacientii care urmeaza dializa pentru insuficienta renala cronica explorarea CT cu contrast va preceda cu cel mult 24 sau 48 ore dializa);

functia tiroidei (administrarea contrastului la hipertiroidieni poate cauza crize tireotoxice, iar la cei care urmeaza tratament cu iod radioactiv ineficientizeaza tratamentul prin blocarea tiroidei);

nivelul glicemiei (se impun precautii in administrarea contrastului la diabetici);

investigatiile CT sau prin alte metode imagistice anterioare pot ajuta la elaborarea diagnosticului sau prin comparatie la precizarea gradului de raspuns ori evolutie a bolii;

prezenta substantei baritate in tubul digestiv de la o explorare anterioara impun amanarea examenului CT cu 2-3 zile;

prezenta unor obiecte metalice in regiunea examinata precum cercei ori proteze dentare pot artefacta imaginea si se impune indepartarea lor.