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TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA

Carlos Gutiérrez TesíasIsabel Herrera Simón

INDICE

IntroducciónHistoriaDescripción del funcionamientoComponentes del sistemaModos de funcionamiento. Distintas generaciones de TACCaracterísticas de la imagenObtención de la imagenCalidad de la imagenUsos de la TACBeneficios y riesgos de usar la TACDosis de irradiación¿Cómo se realiza la TAC?Tomografía Computarizada Helicoidal

INTRODUCCIÓN

OMOGRAFÍATomos = Corte o sección Grafía = Representación gráfica

Plano perpendicular al eje longitudinal de un cuerpoXIAL

OMPUTARIZADASometer datos al trato de un ordenador

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Introducción

HistoriaDescripción del funcionamientoComponentes del sistemaModos de funcionamiento. Distintas generaciones de TACCaracterísticas de la imagenObtención de la imagenCalidad de la imagenUsos de la TACBeneficios y riesgos de usar la TACDosis de irradiación¿Cómo se realiza la TAC?Tomografía Computarizada Helicoidal

HISTORIA DEL TAC

1917: El matemático J. Radon estableció los fundamentos matemáticos de la TAC

1963: El físico A.M. Cormack indicó la utilización práctica de los resultados de Radón para aplicaciones en medicina. Nacía así la llamada tomografía computada.

1967: Goodfrey N.Hounsfield propuso la construcción del escáner EMI, que fue la base de la técnica para desarrollar la TAC, como una máquina que unía el cálculo electrónico a las técnicas de rayos X

HISTORIA DEL TAC

Hounsfield desarrolló el primer aparato de TAC listo para ser usado de forma comercial

1972: Introducción al mercado de Estados Unidos

Finales de los 70: Primeras TAC instaladas en España

Primer tomógrafo de Hounsfield

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DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO

La TAC basa su funcionamiento en el estudio de la atenuación de un haz de rayos X mientras atraviesa una parte del cuerpo humano

Haz de rayos X estrecho Colimadores

Los detectores obtienen medidas de la atenuación resultante de haber atravesado los rayos X una franja del cuerpo


Una sola proyección no basta para reconstruir el corte

Rotación del conjunto en torno al cuerpo

Registrar una serie de proyecciones de la atenuación (perfiles) que resultan de haber atravesado el mismo corte desde distintas direcciones


Este gran número de proyecciones se almacenan en formato digital en un ordenador

Tras un procesado informático reconstruimos una imagen de las estructuras anatómicas de la sección estudiada

Plano Axial

Imagen Axial


Una imagen por sí sola puede que no sea suficiente para que el clínico realice un diagnóstico adecuado

Tomar más de una imagen cada cierto intervalo: 1, 0.5 mm…

Estas imágenes sirven como base para una visualización tridimensional

Espesor del corte

Distancia entre un corte y otro

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COMPONENTES DEL SISTEMA

3 grandes módulos:

Gantry

• Tubo de rayos X

• Detectores

• Colimador

• Generador de alto voltaje

• DAS

• Posicionamiento del paciente y mesa de soporte

Ordenador

Consola

COMPONENTES DEL SISTEMAGANTRY

Lugar físico donde es introducido el paciente para su examen


Tubo de rayos X

Principal causa de avería de los sistemas TAC Principal limitación en la frecuencia secuencial de imágenesEstán alimentados de forma distinta dependiendo del diseño del

sistema de TACLos haces de rayos X pueden ser

Continuos: Corrientes de hasta 400 mA Se generan durante toda la rotación

Pulsados: Corrientes hasta 1.000 mA Pulsos de 1 a 5 msegTasas de repetición de pulsos de 60 Hz


Detectores

Reciben los rayos X transmitidos después de atravesar el cuerpo del paciente y los convierten en una señal eléctrica2 tipos: de centelleo y de gas

Detectores de centelleoFormados por cristales‐fotodiodo de centelleo

Hoy en día podemos agrupar los detectoresde modo que no quede espacio entre ellosEficiencia: 90%

Rayos X Luz Luz Señal eléctrica proporcional al nº fotones de rayos X


Detectores de gasCámara metálica con deflectores espaciados que dividen a la

cámara mayor en muchas cámaras pequeñasCada cámara pequeña funciona como un detector de

radiación independienteRelleno a presión con xenón o una mezcla de xenón y criptónEl rayo entrante ioniza el gas y los electrones son atraídos

por una placa cargada positivamente. La corriente generada es proporcional a la cantidad de rayos absorbidosEficiencia: 45%


Colimador

Colimador prepacienteEn el tubo de rayos X o

adyacente a élDetermina la dosis para el

pacienteColimador predetector

Restringe el haz de rayos X visto desde los detectoresReduce la radiación dispersa

incidente en los detectoresDefine el grosor de sección


Generador de alto voltaje

Se encarga de alimentar al tubo de rayos XMuchos fabricantes reducen espacio instalando el generador de

alto voltaje en la rueda giratoria del gantry

DAS (Data Acquisition System)

Muestrea la señal eléctrica y realiza la conversión analógica‐digital, para que el ordenador procese los datos


Posicionamiento del paciente y mesa de soporte

Acomodar confortablemente al pacienteLa mesa debe estar construida con un material de baja

impedancia de forma que no interfiera con la transmisión del haz de rayos X

COMPONENTES DEL SISTEMAORDENADOR

Se encarga del funcionamiento total del equipo

Almacena las imágenes reconstruidas y los datos primarios

Debe ser de gran potencia para realizar los cálculos de forma muy rápida

En la actualidad se presentan los datos forma casi instantánea

COMPONENTES DEL SISTEMACONSOLA

Doble misión: Programar la exploración a realizarSeleccionar los datos requeridos para la obtención de la

imagen (zoom, flechas aclarativas…)Permite ajustar el espesor de la sección a explorar (ajuste del

colimador)Controles para el movimiento de la mesa de exploración

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IntroducciónHistoriaDescripción del funcionamientoComponentes del sistemaModos de funcionamiento.

Distintas generaciones de TACCaracterísticas de la imagenObtención de la imagenCalidad de la imagenUsos de la TACBeneficios y riesgos de usar la TACDosis de irradiación¿Cómo se realiza la TAC?Tomografía Computarizada Helicoidal

MODOS DE FUNCIONAMIENTODISTINTAS GENERACIONES DE TAC

1 fuente y 1 detectorCombinación de un movimiento de rotación y otro de translación

de la fuente y el detector Tiempos de exploración muy largos(4.5min) Imágenes

cranealesResolución pequeña (80 x 80 píxeles)

Primera generación (Translación/Rotación, detector único)


Un haz de rayos X en forma de abanicoUn conjunto de detectores dispuestos linealmenteMenos movimientos de translación

Se reduce el tiempo de exploración (2 min)160 x 160 píxeles

Segunda generación (Translación/Rotación, múltiples detectores)


Sólo rotaciónUn haz de rayos X ancho que cubre toda el área de exploración Un arco de detectores con un gran número de elementosSe reduce el tiempo de exploración (10 seg)250 x 250 píxeles

Tercera generación (Rotación/Rotación)


Anillo fijo de detectores dentro del cual gira el tubo de rayos XEl tubo puede girar a velocidades altas

Menor tiempo de exploración (2 seg) 512 x 512 píxeles

Cuarta generación (Rotación/Estacionario)


Muchas fuentes y detectores fijos que funcionan de forma sincronizadaTiempo de exploración Centésimas de segundo Entre 240 x 240 y 1000 x 1000 píxeles

Quinta generación (Estacionario/Estacionario)

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CARACTERÍSTICAS DE LA IMAGEN

La imagen resultante en el ordenador es una matriz de intensidades electrónicaEl tamaño de la matriz es normalmente de 512 x 512 pixeles Las imágenes de TC constan de muchas células:

• Cada célula de información es un pixel.• La información contenida en cada pixel es:

• Un numero de TC ó• Unidad de Hounsfield (UH).

•

CARACTERÍSTICAS DE LA IMAGEN (II)

Cada célula en una matriz de imagen de tomografía computarizada es una representación bidimensional (pixel) de un volumen de tejido del organismo (voxel)

CARACTERÍSTICAS DE LA IMAGEN (III)

Cada voxel tendrá una atenuación a los rayos X:

•I0 = intensidad del rayo incidenteIx = intensidad del rayo a una distancia ‘x’μ= coeficiente de atenuación

Con estos datos, empleando técnicas de reconstrucción, se reproducen los valores de atenuación de cada voxel, en forma de escala de grises

CARACTERÍSTICAS DE LA IMAGEN (IV)

Problema:

• La gran cantidad de datos que hay que manejar, y• el rápido procesamiento

Se exige un cálculo laborioso realizable mediante:

•Series de Fourier, y• Tratamientos informáticos

• Una computadora de gran capacidad de cálculo

Debido a:

Es necesario:

CARACTERÍSTICAS DE LA IMAGEN (V)

Para cada tejido, el valor de la absorción en unidades Hounsfield viene dado por:

μx = coeficiente de absorción de la sustancia tratada μagua = coeficiente de absorción del agua.

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OBTENCIÓN DE LA IMAGEN

Para la visualización de la imagen en pantalla se selecciona un pequeño rango de UH

• Esta función, se denomina ventana• Permite diferenciar con claridadestructuras que poseen una pequeña diferencia de números TC

El resultado obtenido es valioso:• Por su gran riqueza de datos

Pero no es apto para clínicas:• Por su dificultad de interpretación

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CALIDAD DE LA IMAGEN TAC

Dos criterios para medir la calidad de una imagen TAC:

a) Resolución espacial:• Da el grado de detalle de la imagen • Depende de los factores:

1) Dimensión del haz de rayos X2) Dimensión del detector3) Número de proyecciones y barridos por

proyección4) Metodología de reconstrucción

b) Resolución de contaste:

• Da el número de niveles de gris asociados a cada voxel

CALIDAD DE LA IMAGEN TAC (II)

Obtener imágenes de anatomía con poco contraste está limitada por el ruido del sistema

• El ruido del sistema está determinado por el numero de rayos Xutilizados por el detector para generar la imagen

σ2= varianza del coeficiente de atenuación linealK = constante de proporcionalidadT = transmisividad, es la inversa de la atenuación del haz en el camino recorridos = espesor de la rodajad = dimensión transversal del elemento de volumenR = dosis de la radiación X del haz

Contraste s

CALIDAD DE LA IMAGEN TAC (III)

Defectos en las imágenes TAC:1) Errores sistemáticos:

2) Errores debidos al ruido del sistema:

• Debidos al mal funcionamiento del equipo• Suelen detectarse y corregirse en la fase de reconstrucción

• Debidos a las variaciones del proceso físico:• Variación de la velocidad de exploración• Intensidad del haz de rayos X, etc.

3) Artefactos debidos al espectro de energía:

• Debidos a que el espectro de energía a la salida del detectorvaría de un rayo a otro de la proyección, lo que implica que los coeficientes de atenuación varíen con la energía

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USOS DE LA TAC

Se usa en el diagnóstico de muchas dolencias, entre ellas:• Las TAC de la cabeza se utilizan para identificar:

• Hemorragias cerebrales y tumores• En los pulmones

• Enfisemas, fibrosis y tumores• En el abdomen

• Cálculos renales, apendicitis, pancreatitis, etc.•En los miembros

• Fracturas complejas, sobre todo en articulaciones

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BENEFICIOS Y RIESGOS DE USAR LA TAC

Beneficios:• Los exámenes por TAC son rápidos y sencillos, en casos de emergencia, pueden revelar lesiones y hemorragias internas lo suficientemente rápido como para ayudar a salvar vidas• Las imágenes por TAC son exactas, no son invasivas y no provocan dolor.• La exploración por TAC brinda imágenes detalladas de numerosos tipos de tejido así como también de los pulmones, huesos y vasos sanguíneos, a diferencia de los rayos X convencionales• La TAC es menos sensible al movimiento de pacientes que la Resonancia Magnética Nuclear

BENEFICIOS Y RIESGOS DE USAR LA TAC (II)

Riesgos:• La mayoría de veces es necesario el uso de contraste intravenoso• Siempre existe la leve posibilidad de cáncer como consecuencia de laexposición excesiva a la radiación

• No se recomienda para las mujeres embarazadas salvo que seamédicamente necesario debido al riesgo potencial para el bebé

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DOSIS DE LA IRRADIACIÓN

Una TAC es el equivalente de hacerte muchas radiografías, de modo que la dosis recibida puede llegar a ser bastante alta: desde unos 1,5 mSv para un TAC craneal hasta 13 mSv para un TAC del corazón con gran resolución

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¿CÓMO SE REALIZA LA TAC?

El TAC se realiza con el paciente tumbado en la camilla que se desplaza mecánicamenteEl proceso dura alrededor de una horaEn dependencia del órgano estudiado puede realizarse con contraste

inyectado, o administrado vía oral o por enema, que permite distinguir con mayor nitidez los tejidos y órganosEl paciente debe mantenerse relajado y sin realizar movimientosSe mantiene en contacto con el equipo técnico que está en una sala próxima

viendo al paciente y a las imágenes, que se comunica con el paciente por un sistema de megafonía, y que le indica cuando respirar o retener la respiraciónDespués de un examen por TAC, se puede retomar las actividades habituales

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TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA HELICOIDAL

Surge como una herramienta de diagnóstico nueva y mejoradaProporciona mayores imágenes de partes anatómicas que presentan

dificultades debido a movimientos respiratoriosTiene la capacidad de registrar imágenes transversales, igual que la

tomografía computarizada convencional, en regiones del cuerpo donde el movimiento no es un problema, como la cabeza, la espina dorsal o las extremidadesBuena para el tórax, el abdomen y la pelvis

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