Principiile si tehnica tomografiei axiale computerizate

Principiile si tehnica tomografiei axiale computerizate

Tomografia axiala computerizata

Metoda de investigatie densitometrica axata pe masurarea densitatilor tesuturilor care compun structura organelor studiate

Realizeaza o reprezentare bidimensionala a realitatii tridimensionale

Opereaza cu coeficientul de atenuare/absorbtie a diferitelor tesuturi cand acestea sunt traversate de fluxul fotonic

Una din cele mai importante realizari in medicina dupa descoperirea radiatiilor X

Hounsfield si Carmack au primit in 1979 - pe baza acestei descoperiri - premiul Nobel

TEHNICA TOMOGRAFIEI AXIALE COMPUTERIZATE

Realizarea tehnica

Proiectia

Reconstructia imaginii

Principiul computer-tomografiei (CT) este urmatorul:

la trecerea prin corpul unui pacient a unui fascicul de radiatii X puternic colimat, intensitatea radiatiei emergente este inregistrata de un sistem de detectori

Procesul este repetat din unghiuri multiple. Unghiul de deschidere al fasciculului de radiatii X fiind de 450, detectorii sunt cuplati "in coroana", ceea ce permite obtinerea informatiilor de pe o suprafata mare

Fascicolul de raze X colimat, perpendicular pe axul lung al corpului, traverseaza o sectiune a corpului din diferite unghiuri

atenuarea este inregistrata de un sistem de detectori

Procesul de scanare → suma tuturor proiectiilor realizate in timpul rotirii complete a sistemului tub-detectori in jurul corpului examinat. In acest timp sunt generate intre 240 si 1440 impulsuri de raze X, fiecare realizand o proiectie asupra sectiunii examinate (slice).

Proiectia consta din urmatorii timpi:

generarea impulsurilor de radiatii X in tubul radiogen

traversarea corpului de catre fasciculul de raze X puternic colimat

detectarea radiatiei restante (atenuate) de catre sistemul de detectori care transforma energia fotonica in microcurent electric (semnal analogic)

transformarea semnalelor analogice in semnale digitale, serierea si transmiterea lor procesorului de imagini

Reconstructia imaginii : procesul matematic de convertire a datelor culese intr-o imagine mai intai numerica apoi digitala afisata pe monitor

Etape:

preprocesarea - inlaturarea artefactelor

convolutia - filtrare si prelucrare de date

retroproiectia - generarea matricii imaginii

Fascicol de raze X imagine

afisata pe monitor

colimare I

traversare de structuri unitate de calcul

absortie

(coeficient de absortie) informatie

numerizata

Colimare II

detectori (transforma cuanta de lumina in microcurent electric)

1. Imaginea realizata computerizat se bazeaza pe diferentele de densitate ale structurilor anatomice, ea fiind reconstruita pe baza informatiilor asupra densitatii tesuturilor, exprimata prin coeficienti de atenuare liniara a radiatiilor X de catre tesuturi

1. Reconstructia imaginii : reprezinta transformarea tuturor datelor intr-o imagine numerica si apoi digitala.

Pentru a intelege acest procedeu trebuie sa ne imaginam sectiunea prin corpul uman (care este heterogen, alcatuit din structuri de densitate diferita) divizata in n x n cuburi contigui de marime egala (= elemente de volum), denumite voxeli, ce realizeaza o matrice

Daca un fascicul de radiatii X patrunde prin n voxeli aflati unul langa altul se aplica urmatoarea ecuatie conform legii atenuarii liniare a radiatiilor intr-un corp omogen:

I = I0eμ

Legea de atenuare liniara a radiatiilor intr-un corp omogen

I0 = intensitatea fasciculului de radiatii X la intrare (fascicul incident)

I = intensitatea fascicului de radiatii X la iesire (dupa ce a traversat o sectiune din corpul uman)

m = coeficient de atenuare al elementului de volum iradiat

Fiecarui voxel Ii corespunde un coeficient de atenuare

Coeficientul de atenuare depinde de densitatea elementului de volum iradiat, de numarul atomic si de lungimea de unda a faciculului de radiatii X

Asadar:

Fiecare punct al imaginii (pixel=unitatea de suprafata a matricei imaginii) are o stralucire omogena (o nuanta omogena de gri). Voxelul este corespondentul tridimensional al pixelului (volum elementar) si are un anumit numar CT (unitate Hounsfield).

O unitatea Hounsfield reprezinta a 1/1.000 parte din diferenta de densitate intre aer (-1000) si apa

O unitate Hounsfield este 1/1000 din diferenta intre densitatea aerului (-1000) si cea a apei (0).

Scala Hounsfield defineste densitatea diferitelor structuri si are valori cuprinse intre -1000 (pentru aer) si peste +1000 (compacta osoasa).

Coeficientul de atenuare este calculat si codificat artificial pe baza densitatii cunoscute

Apa: 0 U.H.

Aerul: -1000 U.H.

Osul: +1000 (pana la > 2000 U.H.

Pe baza coeficientului de atenuare

Izodensitati

Hipodensitati

Hiperdensitati

Heterodensitati

Numarul de nuante de gri reprezentat pe un monitor de televiziune este limitat

Matricea imaginii afisate pe monitor este formata dintr-un numar standard de pixeli (nuante de gri): ex. 256x256, 512x512 sau 1024x1024

Ochiul uman nu poate deosebi mai mult de 16-20 nuante de gri, deci fiecare nuanta ar trebui sa reprezinte cca. 50 UH daca s-a incercat sa se acopere intreaga scara cu nuante vizibile.

Imposibilitatea reprezentarii si analizarii simultane a 2.000 de nivele de absorbtie a determinat studierea informatiei "pe felii". Astfel, se utilizeaza ferestre de imagine pentru o mai buna vizualizare a micilor diferente de densitate si pentru obtinerea unui contrast mai bun intre structuri. Largimea ferestrei poate fi modificata, ceea ce permite variatia numarului de UH.

Informatia continuta intr-o tomograma computerizata depinde de numarul de fotoni inregistrati de detectori.

Este dependenta de numarul de elemente ale imaginii (rezolutia spatiala) si de valorile de densitate distincte (rezolutia de contrast).

Deoarece numarul de fotoni este limitat de doza de iradiere la care poate fi supus pacientul, orice imbunatatire a rezolutiei de contrast se face pe seama rezolutiei spatiale si invers.

Explorarea computer tomografica

Randament maxim

Scurtarea timpului de spitalizare

Beneficiu pentru diagnostic

Cerinte de baza

Sa ofere o mare cantitate de informatie

Sa fie cel mai putin radiogena

Sa fie cel mai la indemana

Sa poata fi urmata de masuri terapeutice adecvate

Sa aiba cost mic si volum mare de informatie

De la aparitia tomografiei computerizate sau succedat tehnologii multiple:

pentru aparatele de generatia I-a si a II-a tubul si detectorii impreuna realizeaza o miscare combinata de translatie - rotatie in jurul corpului pacientului

pentru aparatele de generatia a III-a tubul si detectorii mult mai numerosi efectueaza numai o miscare de rotatie; datorita acestei simplificari mecanice si cresterii numarului de detectori timpii de achizitie de imagine sunt considerabili redusi

aparatele de generatia a IV-a sunt prevazute cu numerosi detectori dispusi pe o coroana fixa si singur tubul se roteste in jurul corpului pacientului

Fascicolul de raze X colimat, perpendicular pe axul lung al corpului, traverseaza o sectiune a corpului din diferite unghiuri; atenuarea este inregistrata de un sistem de detectori

Instalatia de tomografie computerizata

1. Tubul radiogen
2. Sistemul de colimare a razelor la iesirea din tub
3. Sistemul de colimare a razelor la intrarea in detector
4. Detectorii
5. Unitatea de conversie a fotonilor -> e-
6. Unitatea de conversie curent electric ->digital
7. Unitatea de calcul
8. Monitorul de text si imagine

Tubul radiogen

Emite caldura foarte mare

Necesita sistem de racire (ulei dielectric) foarte eficient

Anodul rotativ montat pe o pastila de grafit pur

Disipeaza mai mult de 1 milion de unitati caldura/minut

Asemanare mare cu tubul de raze X avand doua inconveniente

Fascicolul nu este monocrom

Emisia este conica

Sistemele de colimare a fascicolului
(colimare = ingustare)

Colimatorul

Elimina aproape complet radiatia secundara

2 colimari

La emisie fasciculului incident

La detectia radiatiei atenuate

Detectorii

Principiul de baza: efectul de scintilatie - cristalele de scintilatie care sub actiunea fotonilor emit cuante de lumina in cantitate direct proportionala cu fluxul fotonic

Important:

prin sumare in timp, pe masura lucrului cu aparatul are loc alterarea amplitudinii cuantei de lumina care nu mai pleaca de la nivelul 0, ci de la valori mai mari datorita ionizarii - necesita calibrare periodica a aparatului

La aparatele noi cristalele de iodura de cesiu au fost inlocuite cu xenon deoarece nu mai apare ionizare remanenta !

Numar de detectori variabil: 500 - 2000

Suprafata unui detector: 1-2,5 mm

Cu cat numarul de detectori este mai mare pe unitatea de suprafata, numarul de determinari primare este mai mare - imagine mai buna !

Computerul

De forta medie

Stocare de imagini

Discheta magnetica

Banda magnetica

CD

Reconstructia imaginii - viteza crescuta

Program multisarcini

Receptie - achizitie

Comparare - decodificare

Prelucrare de imagini stocate

Console

De lucru pentru utilizatorul direct

Pentru alte operatii: comparare de imagini, stocare