Tomografía Computada Introducción

Tomografía Computada
Juan Pablo Graffigna
Introducción
• Características Principales.
• El Tomógrafo.
• Fundamento.
– Adquisición de Datos.
– Procesamiento de Datos.
– Tratamiento de Imágenes.
•
•
•
•
Diagrama General.
Aspectos Tecnológicos.
Calidad de Imágenes.
Diferentes tipos de Tomógrafos.
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Características Principales.
• Modalidad generadora Imágenes Médicas.
• Utiliza Rayos X por Transmisión.
• La imagen es obtenida a través de un
procesamiento de datos.
• El valor de cada pixel depende de la
atenuación del volumen que representa.
Características Principales.
• Objetivo:
– Obtener la imagen (grafía) de un corte (tomo) del
paciente => tomografía.
– Evitar la superposición de estructuras de la Radiología
Convencional.
– Mejorar el contraste de la imagen eliminando radiación
dispersa.
– Registrar pequeños cambios de contraste.
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El Tomógrafo
Gantry
Consola
Camilla
Unidad
de Potencia
El Tomógrafo
Gantry
Consola
Camilla
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El Tomógrafo
Gantry
Camilla
Fundamento
Esquema General
Unidad de Potencia
(Generador)
Tubo
Consola
Detectores
DAS
(Electrónica)
Camilla y
Control de Camilla
Computadora
Unidades de
Almacenamiento
Unidades de
Impresión
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Fundamento
• CT implica:
– Conceptos físicos y matemáticos.
– Consideraciones Tecnológicas.
• La obtención de la imagen se puede dividir
entre tres partes:
– Adquisición de los datos.
– Procesamiento de datos para obtener la imagen.
– Tratamiento de la imagen.
Fund.-Adquisición de Datos
• Objetivo: obtener la información necesaria
del paciente para construir la imagen.
• La información se obtiene a partir de la
incidencia de Rayos X en el corte
seleccionado y en diferentes direcciones.
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Fund.-Adquisición de Datos
• Esquema de Adquisición.
–
–
–
–
–
–
–
–
Tubo.
Filtros.
Colimadores
FOV
Paciente.
Colimadores.
Detectores.
DAS.
DAS
Computadora
Fund.-Adquisición de Datos
• Haz.
• Geometría:
–
–
–
–
–
Primera Generación.
Segunda Generación.
Tercera Generación.
Cuarta Generación.
Quinta Generación.
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Fund.-Adquisición de Datos
Primera Generación
Fund.-Adquisición de Datos
Segunda Generación
7
Fund.-Adquisición de Datos
Tercera Generación
Fund.-Adquisición de Datos
Cuarta Generación
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Fund.-Adquisición de Datos
Cuarta Gen.-Barrido de Volumen
Fund.-Adquisición de Datos
Cuarta Gen.-Anillos Deslizantes
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Fund.-Adquisición de Datos
Quinta Generación
Fund.-Adquisición de Datos
Tubo
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Fund.-Adquisición de Datos
Detectores
• Función: Convertir RX en Señal Eléctrica.
• Se evalúan en función de:
–
–
–
–
Eficiencia.
Estabilidad.
Tiempo de respuesta.
Rango Dinámico.
• Tipos:
– Detectores de Escintilación.
– Detectores gaseosos.
Fund.-Adquisición de Datos
Detectores
• Tipos:
– Escintilación
– Gaseosos
Positivo
Haz de RX
TFM
Señal
Eléctrica
Negativo
Fotodiodo
Cristal de ionización con Xenon
Cámara
de Escintilación
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Fund.-Adquisición de Datos
• En cada dirección se obtiene la radiación incidente Io y la
radiación transmitida I a través de dos conjuntos de
detectores.
• A partir de la ecuación de Lambert-Beer* se puede obtener
la ecuación que vincula los coeficientes de atenuación de
cada elemento de volumen dentro de la imagen.
I = I 0 .e − µ . x
Io
I
µ1 µ2 µ3 ... µn
µ.x = ln II
0
∑ µ .∆x = ln
i
∆x Por cada detector
∑µ
i
=
I0
I
1
. ln
∆x
( ) = ∆1x .[ln(I ) − ln(I )]
I0
I
0
Fund.-Adquisición de Datos
Electrónica-DAS
∑µ
i
=
1
.[ln (I 0 ) − ln (I )]
∆x
• En función de la ecuación, la salida del
detector es:
• Preamplificada.
• Amplificada por un Amplificador logarítmico.
• Convertida de analógica a digital.
Nota: la sustracción se realiza en el dominio digital
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Fund.-Adquisición de Datos
Electrónica - DAS
• El conjunto de todos los valores obtenidos
de los detectores, en una ubicación dada,
forma una proyección.
• Para tomar todas las proyecciones, el tubo y
los detectores* giran alrededor del paciente.
Fund.-Procesamiento de Datos
• Función: Obtener la matriz de la imagen a
partir de las proyecciones.
• Comprende las siguientes Etapas:
– Preprocesamiento de la proyección.
– Reconstrucción Tomográfica.
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Fund.-Procesamiento de Datos
Preproc. de la proyección.
• Comprende la corrección y conformación
de los datos para las etapas siguientes.
Pueden realizarse las siguientes
operaciones:
– Sustracción de condiciones de referencia.
– Adecuación de salidas de detectores que
funcionan inadecuadamente.
– Otras.
Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción.
• Es un problema de caja negra.
• Fue planteado por Radon (1917) para otros
usos.
• Se utiliza en medicina desde 1961.
• Se utiliza en tomografía en 1971 por
Hounsfield.
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Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción.
• Planteo del problema.
P(θ1,d)
Σµi=P(θ,d) P(θ2,d)
d
θ
µi
Conjunto de Proyecciones
Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción.
• Planteo del problema
P(θ,d)
µ(x,y)
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Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción.
• Métodos:
– Retroproyección. (método primitivo).
– Método Iterativo. (no utilizado actualmente)
– Métodos Analíticos:
• Transformada de Fourier.
• Retroproyección Filtrada.
Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción-Retroproyección
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Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción-M. Iterativo
• Se parte de un hipótesis donde todos los
µ(x,y) tiene un valor constante.
• Con cada proyección se realiza un ajuste a
todos los µ(x,y).
• Tiene muchos problemas.
Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción-T de Fourier
• Existe un teorema que establece que la
transformada de fourier de la proyección
F{P(θ,d)} es igual a la transformada de
fourier de la imagen en esa dirección F(θ,d).
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Fund.-Procesamiento de Datos
Reconstrucción-T de Fourier
TF de la Proyección
AntiTF
TF de la Imagen
Imagen Reconstruida
Fund.-Procesamiento de Datos
Reconst.-Retroproy. Filtrada
• En la Retroproyección convencional se
obtiene una Imagen de Retroproyección por
cada P(θ,d).
P(θ,d)
Iθ (x,y)
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Fund.-Procesamiento de Datos
Reconst.-Retroproy. Filtrada
• Todas las Iθ (x,y) se suman en una imagen:
Irp(x,y)=Σ{Iθ (x,y)}
• Utilizando en teorema de la transformada de
Fourier de las proyecciones y la propiedad
de suma de la TF se observa lo siguiente:
– En el centro de la F{Irp(x,y)} se observa una
sumatoria de valores.
– Es decir que Irp(x,y) tiene componentes de baja
frecuencia aumentados.
Fund.-Procesamiento de Datos
Reconst.-Retroproy. Filtrada
• Problema:
– Disminuir el contenido de bajas frecuencias.
• Solución:
– Aplicar un filtro pasaaltos a cada proyección
para atenuar las bajas frecuencias.
– Se utiliza un filtro de convolución.
• Resultado:
– Irpf(x,y) ≅ I(x,y)
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Fund.-Procesamiento de Datos
Reconst.-Retroproy. Filtrada
Fund.-Procesamiento de Datos
Matriz Reconstruida
• La matriz no se presenta exactamente como
µ sino como números CT o escala de
Hounsfield.
• La escala depende del número de bits por
pixel.
Número CT =
µ tejido − µ agua
.1000
µ agua
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Fund.-Procesamiento de Datos
Matriz Reconstruida
Fund.-Procesamiento de Datos
Tratamiento de Imagen
• Consiste en:
– Visualización.
– Aplicación de Técnicas de mejoramiento y
medición.
– Almacenamiento.
– Registro.
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Fund.-Procesamiento de Datos
Tratamiento de Imagen
• Ventaneado o Windowing: Consiste en
modificar los niveles de gris de la imagen
para la visualización de diferentes tejidos.
• Se seleccionan dos parámetros: El ancho
(WW) y el centro de la ventana (WL) de
números CT que se visualizarán dentro de
los niveles de gris disponibles por el equipo.
Fund.-Procesamiento de Datos
Tratamiento de Imagen
• Windowing
Niveles
de gris
WW
WL
Toda
Oseo
la escala
Aire,
pulmones
Números CT
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Diagrama General y Resumen.
Aspectos Tecnológicos
• Durante la práctica.
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• Definiciones:
–
–
–
–
–
Calidad de Imagen
Resolución Espacial.
Resolución de Contraste.
Ruido.
Dosis de Radiación.
Artefactos de Imagen.
• Diferentes métodos de medición.
– LSF, PSF, MTF, Diagramas de DetalleContraste, Curvas ROC.
– Todas las técnicas normalmente utilizan
“Fantomas”
Calidad de Imagen
• Ejemplo de MTF:
1
MTF
0
Frecuencia (lp/cm)
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Calidad de Imagen-Artefactos
• Líneas.
–
–
–
–
Grandes diferencias de atenuación.
Movimientos.
Ruidos.
Fallas mecánicas.
• Anillos.
– Problemas con detectores.
• Distorsión de Valores.
– Radiación dispersa.
– Radiación fuera de foco.
– Proyecciones incompletas.
Calidad de Imagen-Ejemplos
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Calidad de Imagen-Ejemplos
Calidad de Imagen-Ejemplos
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Calidad de Imagen-Ejemplos
Calidad de Imagen-Ejemplos
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Tipos de Tomógrafos
• Tradicionales de tercera generación (GE-CTMAX
640)
• Helicoidales o de Volumen (GE-PROSPEED)
– Corte único. Single slice.
– Multi corte. Multislice.
• Continuos (Toshiba-Aspire CT)
• De Haz de Electrones-EBCT (Siemens-Imatrón C100)
• Móviles.(Philips-Tomoscan M)
GE ProSpeed-Diagrama General
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