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TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA


DEFINIÇÃO


      Do grego tome, corte + graphein, escrever. Procedimento radiológico de
reconstrução informática da imagem de um corte do corpo a partir de uma série de
análises de densidade efetuadas pela oscilação e/ou rotação do conjunto de tubos
de raios X detectores.
      A tomografia computadorizada (TC) é um dos métodos de exame mais
confiáveis e seguros disponíveis atualmente. É rápida, simples e totalmente indolor.
A TC se constitui num aparelho de Raios X muito mais complexo que o
convencional. Uma imagem de Raios X normal é plana, sendo que o paciente fica
posicionado entre o tubo ou ampola que emite Raios X e o filme fotográfico que
receberá esses raios. O que se obtém é uma projeção em duas dimensões do
interior do corpo do paciente. Nas máquinas de tomografia a ampola que emite os
Raios X gira totalmente em volta do corpo do paciente e, a medida em que gira,
emite Raios X em 360 graus, ou seja, fazendo uma circunferência complete em
torno do paciente. Na TC o Raio X é concentrado num feixe estreito que passa
apenas por uma pequena parte (fatia) do corpo.
      Ao contrário da tomografia linear, onde a imagem de um corte fino é criada
mediante borramento da informação de regiões indesejadas, a imagem da TC é
construída matematicamente usando dados originados apenas da seção de
interesse. A geração de tal imagem é restrita a cortes transversais da anatomia que
são orientados essencialmente perpendiculares à dimensão axial do corpo. A
reconstrução da imagem final pode ser realizada em qualquer plano, mas
convencionalmente é realizada no plano transaxial.
      Além da ampola emissora de Raios X que gira em torno do paciente, há
também um complexo conjunto de detectores de Raios X vai simultaneamente
recolhendo esses raios do lado oposto à ampola, portanto, girando também nos 360
graus. A intensidade do Raio X que chega em um detector é convertida em um sinal
digital e se chama de "varredura" do feixe. Os Raios X recolhidos pelos detectores
são variavelmente atenuados pelo corpo do paciente, cuja variação na densidade
dos diversos tecidos corpóreos deixam passar maior ou menor quantidade de raios.
      O sinal de recepção dos Raios X gerado pelos detectores é processado por
um computador para formar as imagens em alta resolução e de aspecto espacial. O
computador processa essas informações do detector e reconstrói uma imagem
tridimensional   do   interior do   corpo    do   paciente. Portanto, a Tomografia
Computadorizada foi desenvolvida graças à tecnologia da informática, por isso o
"sobrenome" Computadorizada. A Tomografia Computadorizada tornou possível
uma visualização tridimensional dos órgãos em geral e, em particular do cérebro, de
nosso interesse. Embora o resultado visual da Tomografia Computadorizada seja
monocromático, ou seja, mostra apenas os vários tons do cinza, indo do totalmente
preto ao branco, mesmo assim são muito mais numerosas que as variações de tons
de cinza do Raio X convencional. Uma imagem de Raios X convencional tem uma
variação de 30 escalas de cinza no máximo, enquanto as imagens de Tomografia
Computadorizada possuem uma variação que chega a 200 escalas de cinza. Essa
variação da cor é que permite identificar a densidade do tecido examinado, sua
constituição óssea, tumoral, líquida, etc.


HISTÓRICO


      A tomografia computadorizada foi inventada pelo engenheiro eletrônico
Godfrey N. Hounsfield (1919-2003), juntamente com o sul-africano naturalizado
americano, físico Allan McLeod Cormack (1924-) em 1972, pela qual receberam o
prêmio Nobel em fisiologia e medicina em 1979. Cormack desenvolveu em 1956 a
teoria e a matemática de como múltiplos raios projetados sobre o corpo, em ângulos
diferentes, mas em um único plano, forneceriam uma imagem melhor do que o raio
único, usado na radiografia. Seus trabalhos foram publicados no Journal of Applied
Physics, em 1963 e 1964.
      Existem vários estágios de evolução dos equipamentos, comumente
chamados de gerações:
   1. Scanners de Primeira Geração: nos scanners de primeira geração a fonte de
       raios-x e o detetor passam transversalmente ao longo do objeto sendo
       analisado, com rotações sucessivas ao final de cada movimento transversal,
                                                                               2
produziam feixes de raios X fino, da espessura de um lápis, com apenas um
   ou dois detetores, exigiam até 4 minutos e meio para reunir informação
   suficiente para um corte a partir de uma rotação de 180° do tubo e do detetor.
2. Scanners de Segunda Geração: os scanners de segunda geração foram
   grandemente aperfeiçoados, e forneciam um feixe de raios X em forma de
   leque, com até 30 detetores ou mais. Os tempos de varredura foram
   encurtados em cerca de 15 segundos por corte ou 10 minutos para um exame
   de 40 cortes.
3. Scanner de Terceira geração: o scanner de terceira geração inclui um banco
   de até 960 detetores em oposição ao tubo de raios X, que rodam em conjunto
   ao redor do paciente em um ciclo de 360° completo para criar um corte de
   dados de tecidos. O paciente e a mesa são então movimentados através da
   abertura da gantry, e o tubo e os detetores rodam um ciclo de 360° completo
   na direção oposta para criar um segundo corte de dados de tecidos. Os
   tempos de varredura foram novamente reduzidos significativamente. Além
   disso, varreduras de 1 segundo são utilizadas para a maioria dos modernos
   scanners de terceira geração. Uma abertura maior permite a varredura de
   todo o corpo, que não era possível com os scanners antigos.
4. Scanners de Quarta Geração: os scanners de quarta geração se
   desenvolveram durante a década de 1980 e possuem um anel fixo de até
   4800 detetores, que circundam completamente o paciente em um círculo
   completo dentro da gantry. Um tubo de raios X único roda através de um arco
   de 360° durante a coleta de dados. Através de todo o movimento rotatório
   contínuo, pequenas rajadas de radiação são fornecidas por um tubo de raios
   X pulsado com ânodo rotatório que fornece tempos de varredura menores,
   reduzindo o tempo de exame para 1 minuto num exame de cortes múltiplos
   (semelhante a um scanner de terceira geração).
5. Scanners de TC por Volume (helicoidal/espiral): durante os primeiros anos da
   década de 1990, um novo tipo de scanner foi desenvolvido, chamado scanner
   de TC por volume (helicoidal/espiral). Com esse sistema, o paciente é movido
   de forma contínua e lenta através da abertura durante o movimento circular
   de 360° do tubo de raios X e dos detetores, criando um tipo de obtenção de
   dados helicoidal ou “em mola espiral”. Dessa forma, um volume de tecido é
                                                                           3
examinado, e dados são coletados, em vez de cortes individuais como em
     outros sistemas. (Helicoidal e espiral são termos específicos de fabricantes
     para scanners do tipo de volume.)
           Os sistemas de TC por volume utilizam arranjos de detetores do tipo de
     terceira ou quarta geração, dependendo do fabricante específico.
           O desenvolvimento de anéis de deslizamento para substituir os cabos
     de raios X de alta tensão permite rotação contínua do tubo, necessária para
     varredura do tipo helicoidal. Anteriormente o movimento do tubo de raios X
     era restrito por cabos de alta tensão fixados, e limitado a uma rotação de 360°
     em uma direção compreendendo um corte, seguida por outra rotação de 360°
     na direção oposta, criando um segundo corte com o paciente movendo um
     incremento entre os cortes.
           O desenvolvimento de tecnologia de engenharia de anéis de
     deslizamento permite rotações contínuas do tubo, que, quando combinadas
     com o movimento do paciente, criam dados de varredura do tipo helicoidal
     com tempos totais de varredura que são a metade ou menos daqueles de
     outros scanners de terceira ou quarta geração.
           A tecnologia de anéis de deslizamento permite que o tubo de raios X
     gire ao redor do paciente em um anel, que transfere corrente para o tubo
     através de cabos de alta tensão.
           Os scanners do tipo de volume modernos conseguem obter imagens
     multiplanares de volume total ou angiografia tridimensional por TC.
6. Scanners de TC Multicorte: os scanners de terceira e quarta gerações
     desenvolvidos antes de 1992 eram considerados scanners de corte único,
     capazes de obter imagens de um corte de cada vez. No final de 1998, quatro
     fabricantes de TC anunciaram novos scanners multicorte, todos capazes de
     obter imagens de quatro cortes simultaneamente. Esses são scanners de
     terceira geração com capacidades helicoidais e com quatro bancos paralelos
     de detetores, capazes de obter quatro cortes de TC em uma única rotação do
     tubo de raios X.
7.    PET (Positron Emission Tomography) – Tomografia por Emissão de
     Pósitrons: O imageamento por emissão de pósitrons inicia com a aplicação de
     um traçador metabolicamente ativo - uma molécula biológica que carrega um
                                                                              4
isótopo emissor de pósitrons, como                     , ou      . Em alguns
  minutos, o isótopo se acumula em uma área do corpo em que a molécula tem

  afinidade. Por exemplo, glucose rotulada com          , com meia-vida de 20
  minutos, acumula no cérebro, onde a glucose é usada como fonte primária de
  energia. O isótopo radiativo então decai por emissão de pósitron. O pósitron
  emitido colide com um elétron livre normalmente antes de atravessar 1 mm do
  ponto de emissão. A interação das duas partículas resulta na conversão de
  matéria em energia na forma de 2 raios gamas, com energia total de 1,022
  MeV. Estes raios gamas de alta energia emergem do ponto de colisão em
  direções opostas, e são detectados por detectores em volta do paciente.
  Quando os dois fótons são detectados simultaneamente por um par de
  detectores, a colisão que deu origem a eles teve origem na linha que une os
  dois detectores. Naturalmente se um dos fótons foi espalhado, a linha de
  coincidências será incorreta. Depois de, aproximadamente, 500000 eventos
  de aniquilação, a distribuição do traçador é calculada por algoritmos de
  reconstrução tomográfica, reconstruindo uma imagem bi-dimensional. A
  resolução espacial é deteriorada pela ocorrência de coincidências acidentais.
8. SPECT (Simple Photon Emission Computed Tomography) – Tomografia
  Computadorizada por Emissão de Fótons Simples: Assim como na PET,
  SPECT calcula a concentração de radionuclídeos introduzidos no corpo do
  paciente. Como na tomografia computadorizada, isto é feito girando o
  detector de fótons em torno do paciente, para detectar a posição e a
  concentração do radio-nuclídeos. Como a fonte, os radio-nuclídeos, estão
  dentro do corpo do paciente, a análise é muito mais complexa do que para a
  tomografia computadorizada, onde a localização e energia da fonte, externa
  ao corpo, é sempre conhecida. A energia dos fótons da SPECT é de cerca de
  140 keV. Como somente um fóton é emitido, não se pode utilizar a técnica de
  coincidência, utilizada na PET. A resolução final, da ordem de 7 mm, é um
  fator de 3 ou 4 pior do que na PET, e muito piores do que tomografia
  convencional. As imagens são limitadas pelo ruído quântico. O custo de uma



                                                                                  5
imagem SPECT é da ordem de US$ 700, enquanto o de uma PET é da
       ordem de US$ 2000.


CONSIDERAÇÕES GERAIS

      O conceito fundamental na TC é que a estrutura interna de um objeto pode
ser reconstruída a partir de múltiplas projeções do objeto (fig. 1.1). O objeto na figura
1.1 A é composto de um número de blocos iguais dos quais os quatro centrais foram
removidos para representar uma estrutura interna. Em benefício da simplicidade,
suponha que um feixe de raios x atravesse cada fileira e coluna de blocos, e a
radiação transmitida é medida. Como cada bloco é o mesmo, a atenuação medida é
proporcional ao número de blocos encontrados em cada fileira ou coluna. Os
números mostrados à direita e sob o objeto representam as atenuações medidas
relativas - isto é, o número de blocos em cada fileira ou coluna. São então somadas
estas medidas de atenuação, conforme demonstrado na figura 1.1 B, para produzir
uma representação numérica do objeto (fig. 1.1 C). Embora este grupo de números
contenha todas as informações do processo, é difícil de interpretar e, portanto, é
convertido em imagem por atribuição de uma escala de cinza aos números.
Números elevados são representados por tons claros de cinza, e números baixos
são representados por tons escuros de cinza. Isso resulta na imagem apresentada
na figura 1.1 D. A imagem resultante pode ser então manipulada para realçar
determinadas áreas. Por exemplo, se a escala de cinza for reduzida para incluir
apenas preto e branco, é obtida uma reprodução perfeita do objeto atribuindo-se o
preto a todos os números iguais e menores que quatro e branco a todos os números
maiores que quatro. Na figura 1.1 F, é obtida uma representação imperfeita porque a
escala de cinza é escolhida de forma que os valores iguais ou menores que seis são
pretos e os valores acima de seis são brancos. Na TC, o método de obtenção do
arranjo de números é mais complexo, e o número de projeções obtidas é muito
maior, mas o princípio é o mesmo.
      O exemplo da figura 1.1 também fornece uma base para várias definições de
termos de TC. Cada um dos blocos na fig. 1.1 A , representa um pequeno volume
atenuante de material, sendo denominado voxel. Os números ao lado e abaixo da
figura 1.1 A, representam medidas de atenuação isoladas e são denominados
                                                                                        6
projeções do raio, ou somas do raio. A disposição dos números na figura 1.1 C é
uma matriz, e os números individuais são elementos daquela matriz. Cada um dos
blocos de cinza usados para a construção das imagens na figura 1.1 D a F é um
pixel. O processo de escolha do número de tons de cinza para uma imagem é
denominado seleção de uma janela. A largura da janela na fig. 1.1 E e F , é estreita,
pois contém apenas dois tons de cinza (preto e branco) em comparação com a
janela mais larga de D, que contém três tons de cinza. O número no qual o
estabelecimento da janela está centralizado é denominado nível da janela. Na fig.
1.1 E, o nível é estabelecido em quatro, e em F é estabelecido em seis.
                      Fig. 1.1 – princípio da reconstrução da imagem


      À primeira vista parece que o procedimento que acabamos de definir é




inconveniente em comparação com a radiografia convencional, e não é irracional
perguntar por que tal método interessa. Portanto, é instrutivo comparar a radiografia
com a TC mediante exame do resultado de cada modalidade. Ambas as técnicas
baseiam-se na equação de atenuação dos raios-x
                                     I = Io . e-µL
      Onde Io é a intensidade incidente de um feixe de raios-x sobre a superfície de
um objeto de espessura L, e a intensidade transmitida. O coeficiente de atenuação
linear (µ) é uma propriedade dependente do número atômico e da densidade do
material e do espectro de energia do feixe de raios-x. apresentar dados de
atenuação (seja I ou µ) em cada ponto de todo o corpo seria ideal em um exame por
raios-x. O grau de alcance disto depende da forma na qual as intensidades medidas,
I e Io, são registradas ou manipuladas. Em radiografia convencional, a intensidade
transmitida (I) é observada como o escurecimento de um filme. Como a exposição
                                                                             7
do filme aos raios-x o escurece, a imagem de um objeto denso é mais clara no filme
que a imagem de um material menos denso. Em uma radiografia do tórax típica, por
exemplo, a imagem é clara nos dois locais onde muitos raios-x são absorvidos ou
dispersos (grande µ), tal como no osso, e escura onde muitos raios-x são
transmitidos em virtude de baixa absorção (pequeno µ), como nas regiões do
parênquima pulmonar. Duas áreas diferentes desta radiografia do tórax podem
mostrar o mesmo escurecimento e, portanto, demonstrar igual atenuação total do
feixe nas duas posições. Entretanto, o perfil de atenuação através do corpo pode ser
muito diferente. Portanto, na radiografia convencional os diferentes tons de cinza
observados no filme representam as diferenças na transmissão de um feixe de raios-
x quando atravessa o corpo. A TC, por outro lado, aproxima-se do ideal, por
apresentação da atenuação média de cada pequeno elemento de volume que
compreende a fatia do corpo. Assim, coloca em ordem a informação de atenuação
do feixe de raios-x e a apresenta de forma quantitativa com uma precisão muito
maior que a obtida por técnicas convencionais. Isso é equivalente a fornecer os
valores individuais µ1, µ2 e µ3 da fig. 1.4 em lugar do valor total descrito para
radiografia convencional.


Aquisição de dados
      Os métodos de obtenção das projeções de raios necessárias para uma
imagem de TC exigem uma fonte de raios-x, detectores e eletrônica apropriada,
todos instalados em um pórtico (gantry), ou armação, que se move mecanicamente
para produzir a imagem. Tais instrumentos foram designados ao longo de três linhas
gerais desde sua introdução por Godfrey Hounsfield em 1972:
(1) scanners nos quais o tubo e detectores de raios-x são feitos para se deslocarem
   em um tipo translação-rotação de movimento mecânico;
(2) scanners que empregam um movimento rotatório no qual os detectores e o feixe
   de raios-x rodam ao redor do objeto;
(3) scanners nos quais os detectores são estacionários e a fonte de raios-x é
   deslocada ao redor do objeto .
      O movimento mecânico de translação-rotação foi do tipo originalmente
desenvolvido por Hounsfield, e instrumentos que utilizam este arranjo original são

                                                                                   8
denominados scanners de primeira geração. Nesta máquina o feixe de raios-x é
colimado até dimensões de aproximadamente 2 x 13 mm. A dimensão de 13 mm é
paralela ao eixo do corpo – isto é, corresponde à espessura do corte (comprimento
do voxel). A intensidade do feixe é monitorizada por pequenos detectores antes de
entrar no corpo para obter o valor de intensidade incidente (I o). Após atravessar o
corpo, o feixe é detectado por um cristal de cintilação, que também é colimado para
receber basicamente aqueles fótons que não são dispersos ou absorvidos. A
quantidade de intensidade transmitida (I) é então registrada e armazenada na
memória do computador. O tubo de raios-x e o sistema detector são movimentados
continuamente através do paciente, fazendo 160 medidas múltiplas durante a
translação. Ao final de cada translação, o tubo de raios-x e o sistema detector são
rodados em 1o, e a translação é repetida. O processo de translação-rotação é
repetido em 180 translações, que produz 18.800 (160x180) medidas. As 160
medidas feitas durante uma translação completa são denominadas perfil, ou vista.
      De um ponto de vista clínico esta máquina tem a principal desvantagem de
longos tempos de exame. Requer 5 minutos para reunir a quantia de 28.800 soma
de raios, o que limita seu uso a partes do corpo, como a cabeça, que podem ser
imobilizadas. O longo tempo de exame levou ao ímpeto para desenvolver outros
sistemas de imageamento.
      A primeira modificação foi simplesmente converte o feixe de raios-x em um
formato de leque com um ângulo divergente de 3 a 10 o. Múltiplos detectores de
raios-x foram então posicionados, adjacentes um ao outro, para interceptar este
feixe. Como foram usados mais detectores de raios-x, o número de rotações
angulares poderia ser diminuído e obtido um número adequado de vistas em
intervalos muito mais curtos. Estes scanners de Segunda geração foram capazes de
obter uma imagem em períodos de apenas 18 segundos. Deve ser evidente que
cada detector obtém uma incidência diferente durante uma translação, pois os raios
do tubo de raios-x para os detectores não são paralelos.
      O próximo desenvolvimento envolvia o alargamento do ângulo de divergência
dos raios-x, de forma que poderia incluir totalmente o objeto sem realizar qualquer
movimento de translação. assim, foi desenvolvido um scanner apenas de rotação, e
tais instrumentos são denominados de scanners de terceira geração porque
cronologicamente foram o terceiro desenvolvimento. Neste scanner, o gantry roda
                                                                              9
continuamente. A maior vantagem é que estes instrumentos podem produzir uma
imagem em 1 a 10 segundos, o que é adequado para a maioria dos estudos do
corpo. Como estes scanners possuem uma resolução espacial que depende da
abertura do detector e do número de projeções de raio reunidas em uma rotação, é
necessário possuir um grande número de detectores acondicionados próximos
interceptando o feixe. Um destes sistemas de detectores consiste em mais de 700
câmaras iônicas individuais utilizando o gás xenônio em uma pressão de 25
atmosferas. Todas as câmaras iônicas são feitas simultaneamente durante o
processo de fabricação, e o xenônio fica livre para fluir entre as câmaras individuais,
de forma que cada câmara possui a mesma pressão. As paredes das câmaras são
feitas de lâminas de tungstênio muito finas, que servem como eletrodos para a
câmara, para reduzir a dispersão dos raios-x entre as câmaras, e para ajudar a
colimar os raios-x. outro sistema de detector consiste em várias centenas de
detectores de cintilação de iodeto de césio ou de tungstato de cádmio com um
sensor luminoso de silício incrustado em cada um. O pequeno tamanho do sensor
luminoso de silício permite que os detectores possuam uma pequena abertura e
estejam intimamente acondicionados. Os sistemas de detectores de xenônio são
muito fidedignos e estáveis, mas possuem uma menor eficiência para a detecção de
feixes de raios-x.
       A remoção das células detectoras do gantry rotatório e seu ajuste em
posições estacionárias ao redor do paciente também permitiram uma diminuição do
tempo de exame para 1 a 10 segundos. São usados de 1.200 a 4.800 detectores
nestas máquinas, e geralmente detectores de cristal, como o óxido de germânio e
bismuto ou tungstato de cádmio, são usados para captura altamente eficiente de
fótons de raios-x. O desenvolvimento cronológico destas máquinas levou o nome de
scanners de quarta geração. Neste scanner, o tubo de raios-x permanece ligado
continuamente durante uma imagem, e cada detector recebe feixes de raios-x numa
porção significativa do ciclo do exame.
       Embora tanto scanners de quarta quanto de terceira geração possuam a
semelhança de rotação, são muito diferentes em princípio. No sistema de detector
apenas rotatório, cada detector possui uma relação fixa com o tubo de raios-x. esta
relação fixa permite que o detector seja altamente colimado, o que reduz muito a
radiação dispersa, e, conforme discutido adiante, isso reduz a interferência (noise)
                                                                                  10
com a imagem. Esta disposição proporciona a melhor situação para melhor
resolução de baixo contraste. No sistema detector estacionário com um tubo de
raios-x rotatórios, os detectores não podem ser altamente colimados porque então
forneceriam dados apenas quando o tubo de raios-x estivesse diretamente oposto.
Isso limitaria intensamente o número total de somas de raios ao número de
detectores e produziria um número inaceitavelmente baixo de projeções. Para
superar este problema, os detectores são colimados com aberturas amplas que
permitem que reúnam radiação em um grande ângulo. Em intervalos contíguos a
quantidade de detectores que intercepta o feixe varia, bem como o agrupamento
específico de detectores. A manipulação matemática destas medidas de dados
superpostos permite a obtenção de um grande número de somas de raios próximas,
estreitas, equivalentes. O resultado pode levar a uma resolução espacial muito alta,
mas também causa num aumento na detecção da radiação dispersa, embora parte
desta dispersão seja removida por espaçamento apropriado entre o paciente e o
detector. Estas diferenças teóricas entre os scanners de terceira e quarta geração
são reais e demonstráveis, mas seu significado clínico tem sido discutido.
      Há uma modificação do conceito de quarta geração (Siemens Medical
Systems, Inc.) que move o feixe de raios-x eletronicamente e não mecanicamente. A
massa do tubo de raios-x, os detectores e o pórtico (gantry) de TC impedem o
exame em subsegundos com um scanner de TC linear. Um feixe de elétrons de
scan tem pequena massa, portanto pode ser usado para exame rápido. Este método
de exame reduz o tempo para 0,02 segundo por corte e, com pequenos retardos
para cortes consecutivos, até 17 cortes por segundo. Um feixe de elétrons é
acelerado ao longo do eixo de rotação do scanner de TC e eletronicamente defletido
para qualquer um dos quatro alvos fixos de raios-x de tungstênio. Cada alvo é um
arco de tungstênio de 210o com um raio de 90 cm. O feixe de elétrons é defletido
através do arco de 210o do alvo, criando o scan. Opostos ao alvo estão dois grupos
de detectores estacionários com arcos arcos de 216 o . um arco detector possui 432
detectores, e o outro, um anel de maior resolução, possui 864 detectores. Cada
detector individual consiste em um cristal de tungstato de cádmio unido a um
fotodiodo de silício e um pré-amplificador. Detectores adjacentes do anel de alta
resolução podem ser somados para ajustarem-se ao outro anel para estudo
dinâmico, ou podem ser usados apenas para estudo de alta resolução. Durante o
                                                                           11
scanning dinâmico, dois cortes podem ser feitos simultaneamente. O estudo ocorre
em 180o em lugar dos 360o da maioria dos scanners convencionais. Uma imagem
pode ser reconstruída com 180 o de dados. Uma vez gerados os sinais, o restante do
scanner tem projeto bastante convencional.
       Este arranjo do scanning leva a um scanner de TC extremamente versátil.
Pode realizar todas as imagens convencionais com pequena degradação da
imagem. Pode-se mudar para qualquer um dos quatro anéis-alvo e um ou ambos os
anéis detectores. Entretanto, a principal capacidade do scanner é o imageamento
em subsegundo, o que aumenta a capacidade de realizar estudos cardíacos.
       Alguns scanners de TC de translação-rotação podem ainda estar em uso,
mas com a passagem do tempo e o desempenho superior dos scanners de terceira
e quartas geração, eles desaparecerão lentamente. A maioria dos scanners em uso
e comercialmente disponíveis neste momento é de sistemas apenas de rotação de
terceira geração. O desenvolvimento de scanners de TC alcançou um estado
elevado, e alterações futuras tendem a ser mais evolutivas que revolucionárias.


Reconstrução da imagem
       Independente do tipo de scanner, o resultado de uma imagem é um grande
número de somas de raios individuais. A reconstrução da imagem a partir destas
medidas é, em princípio, a mesma para as várias máquinas. A equação fundamental
que descreve o comportamento das medidas é fornecida na equação 1, e algumas
manipulações simples desta relação auxiliarão na compreensão da reconstrução da
imagem de TC.
       Considere a fig. 1.2, onde são mostradas várias placas finas com uma
intensidade de raios-x inicial (I o) incidindo sobre a primeira placa. A intensidade de
saída da primeira placa (I1) torna-se a intensidade de entrada na segunda placa, e
sua intensidade de saída (I2) é a intensidade de entrada na terceira placa etc. pode-
se então escrever:




I1 = Io . e-µ1L1

                                                                                    12
I2 = I1 . e-µ2L2 = (Io . e-µ1L1) e-µ2L2
In = I n-1 . e -µnLn


        A equação para o feixe que emerge após atravessar n placas pode ser então
deduzida como


I = I0 . (e-µ1L1) (e-µ2L2 ) ... (e-µnLn)
I = I0e - (µ1L1 + µ2L2 + ... +   µ L
                                    )
                                  n n




        Para simplificar, o subscrito n em In foi retirado. Portanto, a atenuação total á
equivalente à equação simples


I = Io . e-µL


        Onde
µL = µ1L1 + µ2L2 + ... + µnLn


   no caso onde L1=L2=L3=...=Ln, isto é, todos os cortes possuem espessura igual, a
equação 4 pode ser escrita como


µL = (µ1+µ2+...+µn).L


se for calculado o logaritmo de ambos os lados da equação 3 e esta for rearrumada,
o resultado é


µL = (µ1+µ2+...+µn) = I ln I0
                                    L   I




                                                                                      13
Esta equação mostra que, se a intensidade incidente I 0, a intensidade
transmitida I e o comprimento do segmento L, são conhecidos, pode ser calculada a
soma dos coeficientes de atenuação ao longo do trajeto do feixe de raios-x.
      Como há n desconhecidos (um de cada segmento), cada valor do coeficiente
de atenuação não pode ser determinado a partir de uma única equação. A teoria
algébrica exige que haja n equações independentes para obter soluções para os n
valores desconhecidos de µ . para obter n equações independentes, devem ser
obtidas várias vistas; é então possível reunir dados suficientes para as múltiplas
equações. Uma comparação novamente com a radiografia convencional mostra que,
como apenas uma medida, é feita em radiografia, pode ser obtido apenas o valor
médio de µ ou a soma dos µL. assim, a informação na imagem é menos detalhada
que a informação em uma imagem de TC.


O processo de reconstrução
      Para cada medida de projeção do raio feita durante uma imagem de TC, é
gerada uma equação:
µL = (µ1+µ2+...+µn) = I ln I0
                         L
e o conjunto completo destas equações deve ser então resolvido para se obter os
valores individuais de µ para cada elemento da matriz. Como são obtidas milhares
de projeções de raios para um scan, há milhares de equações a serem resolvidas
simultaneamente, e a necessidade de computadores de alta velocidade é óbvia.
Deve ser observado que L não está relacionado à espessura do corte (comprimento
do voxel), sendo escolhido para o processo de reconstrução por meio de seleção de
um tamanho da matriz. Desde que tenham sido feitas projeções de raio suficientes,
a imagem pode ser reconstruída em qualquer tamanho da matriz, o que é essencial
para escolher qualquer valor de L. o comprimento do voxel é ajustado pela
colimação do scanner quando é selecionada uma espessura do corte. Portanto, um
elemento da imagem (pixel) representa o coeficiente de atenuação ( µ) de um
elemento de volume com comprimento determinado pela espessura do corte
escolhida durante a aquisição de dados e a área de corte transversal que possui
uma dimensão lateral (L) escolhida no momento da reconstrução.
                                                                                14
Foram projetados vários métodos para resolver o conjunto de equações
geradas em uma imagem; entretanto, a maioria dos fabricantes atualmente
estabeleceu o método de projeção retrofiltrada porque permite pequeno tempo de
computação com soluções relativamente precisas. Também permite processamento
de cada soma de raio imediatamente após sua obtenção, enquanto continua a
aquisição de dados para outras somas de raios. Isso permite que a imagem final
esteja disponível quase imediatamente após a conclusão do processo de scan. É
importante compreender os conceitos básicos dos procedimentos de reconstrução,
pois sua forma de aplicação afeta a qualidade da imagem final.
       O método de retroprojeção é uma tentativa de aproximar a solução por meio
de projeção de um valor uniforme de atenuação sobre o trajeto do raio, de forma que
a atenuação calculada sobre o trajeto é proporcional à atenuação medida. Estes
valores são então armazenados no computador para os elementos da matriz
envolvidos, e o processo é repetido para cada soma de raio da imagem. Cada
elemento da matriz assim recebe uma contribuição de cada raio que o atravessa.
Para aqueles voxels que o feixe atravessa obliquamente, é feita uma correção para
a contribuição. A imagem final assim obtida é bastante borrada em virtude da
superposiçaõ de que a atenuação do feixe ocorre uniformemente em todo o trajeto
do raio.
       Entretanto, não importa quantas incidências são usadas, o efeito de
borramento nunca é completamente eliminado. Assim, é usada uma segunda
manobra matemática denominada         operação de convolução ou processo de
filtragem. O objetivo do processo de filtragem é modificar os dados da soma de
raios, de forma que as projeções posteriores consistam em valores positivos e
negativos.
       O procedimento de filtragem envolve uma operação matemática sobre a soma
do raio com uma função complexa que depende de vários parâmetros, incluindo
geometria do tubo de raios-x e detectores, e pode ser feita de várias formas,
dependendo do resultado desejado. Por exemplo, uma forma da função do filtro
poderia acentuar bordas e assim tornar a imagem mais nítida, enquanto que outra
borrará as bordas para alterações de densidade mais graduais. O filtro que torna as
bordas mais nítidas realçará a resolução espacial, mas simultaneamente diminuirá a
resolução da densidade. Assim, a escolha de filtro ou centro afeta a qualidade da
                                                                               15
imagem, e o radiologista deve ser capaz de escolher o melhor filtro para um estudo
específico. Alguns fabricantes selecionam automaticamente os filtros para
procedimentos específicos em, lugar de exigirem que o radiologista escolha.


Número da escala de TC
      Após um scanner de TC reconstruir uma imagem, os valores de pixel relativos
representam os coeficientes de atenuação lineares relativos, porque o processo de
reconstrução não conduz ao cálculo dos valores absolutos dos coeficientes de
atenuação. Entretanto, é útil quantificar o valor do pixel de forma que o médico
possa comparar a composição de um tecido com a de outro. Foi projetado um
sistema de numeração de TC que relaciona um número de TC aos coeficientes de
atenuação linear dos raios-x que é fornecido por
                               No de TC = K (µ - µ w)
                                                µw
onde µw é igual ao coeficiente de atenuação da água, e µ é o coeficiente de
atenuação do pixel em questão. Embora o scanner de TC EMI (Electronics Music
Industries, Ltd.) original usasse um valor de K = 500, o valor de K foi escolhido como
1000. Em homenagem a Godfrey Hounsfield, o inventor do estudo por TC, as
unidades de TC são denominadas unidades Hounsfield (UH). Utilizando-se UH, o ar
possui um valor de – 1000, a água um valor de 0, e o osso denso um valor de
+1000. Teoricamente é indiferente qual o valor de K usado para construir uma
escala de número de TC, desde que possa acomodar a precisão do scanner. Por
exemplo, se a resolução de densidade do scanner é de + 0,5%, então a precisão
relativa para resolução da densidade é de 1 parte em 200, se é necessária uma
escala de 200 (K = 200) ou maior para representar com precisão a resolução da
densidade. Assim K = 500 é generoso e foi o fator usado originalmente. O uso de um
fator de K = 1000 expande a escala ainda mais e pode causar confusão em alguns
scanners porque especifica um número de TC em uma resolução muito melhor que
a realmente presente (1 parte em 2000, ou aproximadamente 0,1%). A ampliação da
escala não aumenta a precisão de um scanner; por exemplo, uma precisão de +
0,5% traduz-se em + 2,5 números de TC com uma escala de 500 e + 5 números de
TC com uma escala de 1000.

                                                                                   16
CONSIDERAÇÕES DE QUALIDADE

Resolução espacial
      Embora a qualidade da imagem seja subjetiva em vários aspectos, os
principais    fatores   –   resolução   espacial   e   de   densidade   –   podem   ser
quantitativamente especificados. A resolução espacial é uma medida da precisão na
representação de estruturas anatômicas, sendo mais comumente descrita em
termos do máximo da metade da largura total (MMLT). Este parâmetro é a medida
de quão bem um ponto é reproduzido na imagem. Considerar a imagem de um
ponto que poderia ser obtida colocando-se um fio fino com a ponta em água ou
plástico e realizando imagens através do fio. O ideal é que a imagem resultante seja
um fundo uniforme com um ponto brilhante designando a posição do fio. Na
verdade, a imagem demonstra o ponto brilhante, mas com uma periferia fraca e não
uma borda absolutamente nítida. Um perfil através da imagem – isto é, uma
representação da densidade da imagem ao longo de uma linha que atravessa o
centro do ponto – produz uma distribuição em forma de sino. Esta distribuição é
denominada a distribuição de resposta do ponto. A altura desta curva representa o
valor máximo da densidade, e a largura representa a incerteza na medida dos limites
exatos do fio. A MMLT é a largura da curva no ponto onde os valores de atenuação
correspondem a 50% do valor máximo. Quanto menor a MMLT, melhor é a
resolução. Isso pode ser constatado observando-se que um grande MMLT reflete
uma maior periferia atenuada, o que significa uma pior reprodução do objeto
verdadeiro.
      Outro método de exame da resolução espacial é considerar imagens lineares.
Isso é semelhante ao exame de imagens puntiformes, exceto que a imagem seria
feita paralela a um fio em um meio e não transversal ao eixo. Se fosse usada uma
série de linhas de diferente espaçamento ou de diferentes tamanhos, a capacidade
de distinguir linhas separadas em uma imagem mediria a resolução espacial. Com
linhas muito finas, uma medida da resolução pode ser afirmada em termos do
número de linhas ainda discerníveis juntas em uma determinada distância. Assim,
falar-se-ia do número de linhas por centímetro é dita descrição da resolução no
domínio de freqüência. A freqüência neste caso é o parâmetro, linhas por
centímetro. Um perfil através da imagem da linha produz a curva de resposta da
                                                                                    17
linha, que é semelhante à curva de resposta do ponto. Novamente, pode-se falar de
MMLT, e a análise á semelhante àquela realizada com o ponto. Obviamente, as
duas curvas de resposta estão relacionadas.
      A realização de uma operação matemática, denominada conversão de
Fourier, nestas curvas de resposta produz uma função denominada função de
transferência da modulação (FTM). A FTM é uma função importante porque
descreve as capacidades de resolução do sistema de forma mais satisfatória para a
maioria dos cientistas. A interpretação física da FTM é que esta exibe a fidelidade
relativa da imagem em comparação com o objeto real. Outra descrição da FTM é
mostrada na figura 1.15. o perfil retangular representa o perfil de densidade de um
objeto composto de linhas densas. O perfil de densidade da imagem reconstruída é
mostrado como retângulos com ângulos arredondados, e, ``a medida que as linhas
se aproximam, a região entre as linhas é preenchida em virtude da superposição das
funções de resposta. A razão entre a altura dos retângulos e a altura da depressão
entre as linhas torna-se menor à medida que as linhas se aproximam na imagem
reconstruída, mas obviamente é fixa no objeto. Esta alteração ou diminuição da
razão é observada como uma diminuição do contraste, sendo uma manifestação da
capacidade decrescente do sistema de distinguir pequenos objetos (ou pequena
separação de objetos). A FTM é basicamente o valor desta razão na imagem
dividido pelo valor da razão no objeto. À medida que a freqüência aumenta (mais
linhas por centímetro), a capacidade do sistema de reproduzir as linhas e vales com
precisão está diminuída, e, portanto, a fidelidade diminui. Com linhas muito
separadas, a FTM é de 1 – o valor máximo – e, à medida que a freqüência aumenta,
a FTM diminui. Assim, quanto maior a FTM em uma determinada freqüência, melhor
é a fidelidade – isto é, melhor é a resolução. Em sistemas com grandes valores de
FTM em elevadas freqüências, as bordas são definidas mais claramente, e tais
sistemas produzem imagens que parecem nítidas. Se freqüências elevadas são
exageradas em relação a baixas freqüências, o resultado é um realce da borda. As
técnicas para este realce de alta freqüência constantemente são usadas com
vantagem em radiologia, e este é o objetivo principal de métodos xenorradiológicos
ou métodos de subtração.
      A resolução espacial é afetada por vários parâmetros de projeto, os mais
importantes dos quais são a escolha do filtro usado na reconstrução, tamanho da
                                                                             18
abertura do detector, número de perfis de projeção obtidos, tamanho da matriz (ou
pixel), tamanho do ponto focal do tubo de raios-x, e contraste (densidade) relativo
entre o objeto e o fundo. Os dois últimos parâmetros são considerados após a
discussão sobre a resolução da densidade.


Efeitos do filtro sobre a resolução
      Conforme discutido na seção anterior, o principal papel do filtro de convolução
é remover o borramento da imagem criado pelo processo de retroprojeção. Os
vários filtros controlam o grau de borramento da imagem criado por acentuação dos
componentes de alta freqüência encontrados nos dados. Para uma imagem nítida,
as elevadas freqüências espaciais sã o acentuadas, e isso possui o efeito de
aumentar a nitidez das bordas e melhorar a resolução. Se as elevadas freqüências
espaciais não são acentuadas, a imagem do objeto aparece mais borrada. Há uma
desvantagem porque o ruído da imagem aumenta e a resolução da densidade
diminui com a acentuação de elevadas freqüências espaciais. Paga-se por uma
imagem nítida com uma diminuição da resolução de densidade. Da mesma a forma,
aumentando-se a resolução da densidade, paga-se com a perda de alguma
resolução espacial e nitidez da imagem.


Tamanho da abertura do orifício do detector
      A abertura do orifício para um detector específico está associada a um anel
de dados específicos ao redor do centro. Quando o tamanho do orifício aumenta ou
diminui, a largura do anel de dados aumenta ou diminui correspondentemente. A
largura deste anel de dados caracteriza o perfil de atenuação e é fundamental para a
resolução espacial. Teoricamente, a resolução poderia ser aumentada sem limite
mediante redução da abertura do orifício, mas as limitações práticas são governadas
por demandas razoáveis dos custos de fabricação e pelo fato de que, quando a
abertura do orifício diminui, o número de fótons que chega ao detector diminui,
assim exigindo doses de radiação nos pacientes para compensar a perda de fótons.


Número de perfis de projeção
      Caso se deseje reconstruir uma imagem com uma matriz de n colunas por n
fileiras, então devem ser obtidas n² medidas ou somatórias de raios. Este critério
                                                                                19
não é exigente para garantir resolução exigida, e a questão do número ótimo de
medidas angulares ou vistas deve ser respondida.


Tamanho da matriz
      O tamanho do pixel deve ser de uma e meia a duas vezes menor que a
resolução desejada. Exceto se um elemento da matriz coincidir exatamente com um
objeto, a representação do objeto será em média dois ou mais pixels e, pode não ser
visualizada. A capacidade de modernas máquinas de produzir reconstrução com
zoom de grande ampliação resulta na produção de imagens com resolução maior
que aquela do scanner. Ao tentar realizar este feito necessário, o scanner produzirá
uma imagem com os mesmos dados em pixels adjacentes. A imagem resultante é
mais manchada e os limites do objeto tornam-se borrados.


Resolução da densidade
      É o segundo principal fator que afeta a capacidade de um scanner de
descrever precisamente a anatomia. Como a maioria dos tecidos moles possui
densidade quase iguais, a consideração geralmente é a diferenciação de variações
de alguns pontos percentuais ou menos. Na computação de qualquer valor do pixel
há erro na forma de variação estatística, e é esta variação que limita a resolução da
densidade final. Esta variação é denominada ruído da imagem e manifesta-se como
um fundo granuloso ou mosqueado (mottle). O parâmetro usado para avaliar esta
variação é o desvio-padrão (σ), e o procedimento habitual para avaliação de um
sistema é obter um scan de uma substância uniforme, como a água, e realizar o
cálculo.
      O significado do desvio-padrão é que novos scans do mesmo banho de água
e um novo cálculo dos mesmos números TC pixel forneceriam valores em uma faixa
igual ao valor previamente calculado, mais ou menos o desvio-padrão em
aproximadamente 2 dentre 3 casos. Freqüentemente é expresso em forma de
percentagem (desvio-padrão computadorizado em unidades TC / faixa da escala).
      Como o ruído é a limitação final na precisão da resolução da densidade, os
parâmetros que afetam ou induzem ruído devem ser compreendidos. Os parâmetros



                                                                                  20
mais importantes são fluxo de fótons, dispersão de raios-x, erro induzido por
computação, resposta de freqüência do filtro, e tamanho do voxel.
MANIPULAÇÃO DA IMAGEM


      Procedimento bastante utilizado nesta área. Permite que você altere o nível e
número de tons de cinza na imagem. É utilizado um écran de visualização interativo,
que permite ao radiologista selecionar uma pequena faixa de tons de cinza de toda a
escala de número TC e reajustar os limites de preto e branco.


PRINCIPAIS EXAMES REALIZADOS


TC de Crânio
      O propósito da TC de crânio é fornecer um diagnóstico definitivo que
geralmente não exige exames complementares para verificação. A TC de crânio, em
muitas circunstâncias, fornece esse alto grau de confiabilidade, Trauma craniano
agudo, por exemplo, pode resultar na formação de hematoma epidural ou subdural.
Esse tipo de lesão pode ser diagnosticado rapidamente, com precisão e
inequivocamente através da TC de crânio.


TC de Tórax
      O propósito da TC torácica é servir como adjunto diagnóstico à radiografia
convencional de tórax. Entretanto, devido à relação custobeneficio, a radiografia
convencional de tórax ainda é a ferramenta primária de rastreamento em pacientes
com suspeita de doença torácica. A TC serve como uma modalidade de obtenção de
imagens valiosa na avaliação e manejo de condições previamente diagnosticadas.


TC abdominal e Pélvica
      Com o advento da TC, a habilidade para diagnosticar morfologia abdominal e
pélvica foi significativamente acentuada. Devido à sua velocidade e precisão, a TC
se tornou uma ferramenta de controle e tratamento eficaz para doença abdominal e
pélvica e tem sido especialmente útil em casos de malignidade. O uso de exames
diagnósticos padrões, tais como colangiopancreatografia retrógrada endoscópica
(CPRE), foi muito reduzido devido à abrangência e à relação custobeneficio da TC.
                                                                                 21
CUIDADOS NECESSÁRIOS


        As mulheres grávidas ou aquelas que poderiam possivelmente estar grávidas
não devem ser expostas a uma TC a menos que os benefícios diagnósticos
compensarem os riscos. As pacientes grávidas não devem ser submetidas a TC de
corpo inteiro ou abdominais. Os técnologos estão instruídos não repetir películas se
houver uns erros. As pacientes grávidas que fazem uma TC ou raio X afastado da
área abdominal podem ser protegidos por um avental de chumbo para proteção do
feto.

        Os agentes do contraste são usados freqüentemente em exames de TC e o
uso destes agentes deve ser discutido com o médico antes do procedimento. Os
pacientes devem assinar um formulário autorizando a administração do contraste.
Um dos agentes comuns do contraste, iodo, pode causar reações alérgicas. Os
pacientes que são alérgicos ao iodo (ou a frutos do mar) devem informar o médico
antes da varredura de TC.


Cuidados posteriores

        Nenhum cuidado posterior é requerido geralmente depois de uma varredura
de TC. Imediatamente depois do exame, o responsável continuará observando o
paciente para possíveis reações adversas do contraste. Os pacientes são instruídos
a falar para o técnico caso esteja ocorrendo alguma reação alérgica, como
dificuldade respiratória.



VANTAGENS DA TC


        A TC pode cobrir extensas seções do corpo num só exame. Normalmente,
uma ou duas áreas de um órgão são examinadas, como, por exemplo, o pulmão e a
região abdominal, a cabeça e o pescoço, etc. Os parâmetros adquiridos através das
medições podem ser traduzidos em fotografias. Estas são imagens transversais de
                                                                                 22
planos extremamente finos do interior do corpo. Portanto, em muitos casos, mesmo
o mais minúsculo processo patológico pode ser identificado.
Vantagens em relação a outros exames
      A TC tem três vantagens gerais importantes sobre a radiografia convencional.
A primeira é que as informações tridimensionais são apresentadas na forma de uma
série de cortes finos na estrutura interna da parte em questão. Como o feixe de
raios-x está rigorosamente colimado para aquele corte em particular, a informação
resultante não é superposta por anatomia sobrejacente e também não é degradada
por radiação secundária e difusa de tecidos fora do corte que está sendo estudado.
      A segunda é que o sistema é mais sensível na diferenciação de tipos de
tecido quando comparado com a radiografia convencional, de modo que diferenças
entre tipos de tecidos podem ser mais claramente delineadas e estudadas. A
radiografia convencional pode mostrar tecidos que tenham uma diferença de pelo
menos 10% em densidade, enquanto a TC pode detectar diferenças de densidade
entre tecidos de 1% ou menos. Essa detecção auxilia no diagnóstico diferencial de
alterações, tais como uma massa sólida de um cisto ou, em alguns casos, um tumor
benigno de um tumor maligno.
      Uma terceira vantagem é a habilidade para manipular e ajustar a imagem
após ter sido completada a varredura, como ocorre de fato com toda a tecnologia
digital. Essa função inclui características tais como ajustes de brilho, realce de
bordos e zoom (aumentando áreas especificas). Ela também permite ajuste do
contraste ou da escala de cinza, o que é chamado de “ajuste de janela” para melhor
visualização da anatomia de interesse.




                                                                                 23

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Tomografia computadorizada

  • 1. TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA DEFINIÇÃO Do grego tome, corte + graphein, escrever. Procedimento radiológico de reconstrução informática da imagem de um corte do corpo a partir de uma série de análises de densidade efetuadas pela oscilação e/ou rotação do conjunto de tubos de raios X detectores. A tomografia computadorizada (TC) é um dos métodos de exame mais confiáveis e seguros disponíveis atualmente. É rápida, simples e totalmente indolor. A TC se constitui num aparelho de Raios X muito mais complexo que o convencional. Uma imagem de Raios X normal é plana, sendo que o paciente fica posicionado entre o tubo ou ampola que emite Raios X e o filme fotográfico que receberá esses raios. O que se obtém é uma projeção em duas dimensões do interior do corpo do paciente. Nas máquinas de tomografia a ampola que emite os Raios X gira totalmente em volta do corpo do paciente e, a medida em que gira, emite Raios X em 360 graus, ou seja, fazendo uma circunferência complete em torno do paciente. Na TC o Raio X é concentrado num feixe estreito que passa apenas por uma pequena parte (fatia) do corpo. Ao contrário da tomografia linear, onde a imagem de um corte fino é criada mediante borramento da informação de regiões indesejadas, a imagem da TC é construída matematicamente usando dados originados apenas da seção de interesse. A geração de tal imagem é restrita a cortes transversais da anatomia que são orientados essencialmente perpendiculares à dimensão axial do corpo. A reconstrução da imagem final pode ser realizada em qualquer plano, mas convencionalmente é realizada no plano transaxial. Além da ampola emissora de Raios X que gira em torno do paciente, há também um complexo conjunto de detectores de Raios X vai simultaneamente recolhendo esses raios do lado oposto à ampola, portanto, girando também nos 360 graus. A intensidade do Raio X que chega em um detector é convertida em um sinal digital e se chama de "varredura" do feixe. Os Raios X recolhidos pelos detectores
  • 2. são variavelmente atenuados pelo corpo do paciente, cuja variação na densidade dos diversos tecidos corpóreos deixam passar maior ou menor quantidade de raios. O sinal de recepção dos Raios X gerado pelos detectores é processado por um computador para formar as imagens em alta resolução e de aspecto espacial. O computador processa essas informações do detector e reconstrói uma imagem tridimensional do interior do corpo do paciente. Portanto, a Tomografia Computadorizada foi desenvolvida graças à tecnologia da informática, por isso o "sobrenome" Computadorizada. A Tomografia Computadorizada tornou possível uma visualização tridimensional dos órgãos em geral e, em particular do cérebro, de nosso interesse. Embora o resultado visual da Tomografia Computadorizada seja monocromático, ou seja, mostra apenas os vários tons do cinza, indo do totalmente preto ao branco, mesmo assim são muito mais numerosas que as variações de tons de cinza do Raio X convencional. Uma imagem de Raios X convencional tem uma variação de 30 escalas de cinza no máximo, enquanto as imagens de Tomografia Computadorizada possuem uma variação que chega a 200 escalas de cinza. Essa variação da cor é que permite identificar a densidade do tecido examinado, sua constituição óssea, tumoral, líquida, etc. HISTÓRICO A tomografia computadorizada foi inventada pelo engenheiro eletrônico Godfrey N. Hounsfield (1919-2003), juntamente com o sul-africano naturalizado americano, físico Allan McLeod Cormack (1924-) em 1972, pela qual receberam o prêmio Nobel em fisiologia e medicina em 1979. Cormack desenvolveu em 1956 a teoria e a matemática de como múltiplos raios projetados sobre o corpo, em ângulos diferentes, mas em um único plano, forneceriam uma imagem melhor do que o raio único, usado na radiografia. Seus trabalhos foram publicados no Journal of Applied Physics, em 1963 e 1964. Existem vários estágios de evolução dos equipamentos, comumente chamados de gerações: 1. Scanners de Primeira Geração: nos scanners de primeira geração a fonte de raios-x e o detetor passam transversalmente ao longo do objeto sendo analisado, com rotações sucessivas ao final de cada movimento transversal, 2
  • 3. produziam feixes de raios X fino, da espessura de um lápis, com apenas um ou dois detetores, exigiam até 4 minutos e meio para reunir informação suficiente para um corte a partir de uma rotação de 180° do tubo e do detetor. 2. Scanners de Segunda Geração: os scanners de segunda geração foram grandemente aperfeiçoados, e forneciam um feixe de raios X em forma de leque, com até 30 detetores ou mais. Os tempos de varredura foram encurtados em cerca de 15 segundos por corte ou 10 minutos para um exame de 40 cortes. 3. Scanner de Terceira geração: o scanner de terceira geração inclui um banco de até 960 detetores em oposição ao tubo de raios X, que rodam em conjunto ao redor do paciente em um ciclo de 360° completo para criar um corte de dados de tecidos. O paciente e a mesa são então movimentados através da abertura da gantry, e o tubo e os detetores rodam um ciclo de 360° completo na direção oposta para criar um segundo corte de dados de tecidos. Os tempos de varredura foram novamente reduzidos significativamente. Além disso, varreduras de 1 segundo são utilizadas para a maioria dos modernos scanners de terceira geração. Uma abertura maior permite a varredura de todo o corpo, que não era possível com os scanners antigos. 4. Scanners de Quarta Geração: os scanners de quarta geração se desenvolveram durante a década de 1980 e possuem um anel fixo de até 4800 detetores, que circundam completamente o paciente em um círculo completo dentro da gantry. Um tubo de raios X único roda através de um arco de 360° durante a coleta de dados. Através de todo o movimento rotatório contínuo, pequenas rajadas de radiação são fornecidas por um tubo de raios X pulsado com ânodo rotatório que fornece tempos de varredura menores, reduzindo o tempo de exame para 1 minuto num exame de cortes múltiplos (semelhante a um scanner de terceira geração). 5. Scanners de TC por Volume (helicoidal/espiral): durante os primeiros anos da década de 1990, um novo tipo de scanner foi desenvolvido, chamado scanner de TC por volume (helicoidal/espiral). Com esse sistema, o paciente é movido de forma contínua e lenta através da abertura durante o movimento circular de 360° do tubo de raios X e dos detetores, criando um tipo de obtenção de dados helicoidal ou “em mola espiral”. Dessa forma, um volume de tecido é 3
  • 4. examinado, e dados são coletados, em vez de cortes individuais como em outros sistemas. (Helicoidal e espiral são termos específicos de fabricantes para scanners do tipo de volume.) Os sistemas de TC por volume utilizam arranjos de detetores do tipo de terceira ou quarta geração, dependendo do fabricante específico. O desenvolvimento de anéis de deslizamento para substituir os cabos de raios X de alta tensão permite rotação contínua do tubo, necessária para varredura do tipo helicoidal. Anteriormente o movimento do tubo de raios X era restrito por cabos de alta tensão fixados, e limitado a uma rotação de 360° em uma direção compreendendo um corte, seguida por outra rotação de 360° na direção oposta, criando um segundo corte com o paciente movendo um incremento entre os cortes. O desenvolvimento de tecnologia de engenharia de anéis de deslizamento permite rotações contínuas do tubo, que, quando combinadas com o movimento do paciente, criam dados de varredura do tipo helicoidal com tempos totais de varredura que são a metade ou menos daqueles de outros scanners de terceira ou quarta geração. A tecnologia de anéis de deslizamento permite que o tubo de raios X gire ao redor do paciente em um anel, que transfere corrente para o tubo através de cabos de alta tensão. Os scanners do tipo de volume modernos conseguem obter imagens multiplanares de volume total ou angiografia tridimensional por TC. 6. Scanners de TC Multicorte: os scanners de terceira e quarta gerações desenvolvidos antes de 1992 eram considerados scanners de corte único, capazes de obter imagens de um corte de cada vez. No final de 1998, quatro fabricantes de TC anunciaram novos scanners multicorte, todos capazes de obter imagens de quatro cortes simultaneamente. Esses são scanners de terceira geração com capacidades helicoidais e com quatro bancos paralelos de detetores, capazes de obter quatro cortes de TC em uma única rotação do tubo de raios X. 7. PET (Positron Emission Tomography) – Tomografia por Emissão de Pósitrons: O imageamento por emissão de pósitrons inicia com a aplicação de um traçador metabolicamente ativo - uma molécula biológica que carrega um 4
  • 5. isótopo emissor de pósitrons, como , ou . Em alguns minutos, o isótopo se acumula em uma área do corpo em que a molécula tem afinidade. Por exemplo, glucose rotulada com , com meia-vida de 20 minutos, acumula no cérebro, onde a glucose é usada como fonte primária de energia. O isótopo radiativo então decai por emissão de pósitron. O pósitron emitido colide com um elétron livre normalmente antes de atravessar 1 mm do ponto de emissão. A interação das duas partículas resulta na conversão de matéria em energia na forma de 2 raios gamas, com energia total de 1,022 MeV. Estes raios gamas de alta energia emergem do ponto de colisão em direções opostas, e são detectados por detectores em volta do paciente. Quando os dois fótons são detectados simultaneamente por um par de detectores, a colisão que deu origem a eles teve origem na linha que une os dois detectores. Naturalmente se um dos fótons foi espalhado, a linha de coincidências será incorreta. Depois de, aproximadamente, 500000 eventos de aniquilação, a distribuição do traçador é calculada por algoritmos de reconstrução tomográfica, reconstruindo uma imagem bi-dimensional. A resolução espacial é deteriorada pela ocorrência de coincidências acidentais. 8. SPECT (Simple Photon Emission Computed Tomography) – Tomografia Computadorizada por Emissão de Fótons Simples: Assim como na PET, SPECT calcula a concentração de radionuclídeos introduzidos no corpo do paciente. Como na tomografia computadorizada, isto é feito girando o detector de fótons em torno do paciente, para detectar a posição e a concentração do radio-nuclídeos. Como a fonte, os radio-nuclídeos, estão dentro do corpo do paciente, a análise é muito mais complexa do que para a tomografia computadorizada, onde a localização e energia da fonte, externa ao corpo, é sempre conhecida. A energia dos fótons da SPECT é de cerca de 140 keV. Como somente um fóton é emitido, não se pode utilizar a técnica de coincidência, utilizada na PET. A resolução final, da ordem de 7 mm, é um fator de 3 ou 4 pior do que na PET, e muito piores do que tomografia convencional. As imagens são limitadas pelo ruído quântico. O custo de uma 5
  • 6. imagem SPECT é da ordem de US$ 700, enquanto o de uma PET é da ordem de US$ 2000. CONSIDERAÇÕES GERAIS O conceito fundamental na TC é que a estrutura interna de um objeto pode ser reconstruída a partir de múltiplas projeções do objeto (fig. 1.1). O objeto na figura 1.1 A é composto de um número de blocos iguais dos quais os quatro centrais foram removidos para representar uma estrutura interna. Em benefício da simplicidade, suponha que um feixe de raios x atravesse cada fileira e coluna de blocos, e a radiação transmitida é medida. Como cada bloco é o mesmo, a atenuação medida é proporcional ao número de blocos encontrados em cada fileira ou coluna. Os números mostrados à direita e sob o objeto representam as atenuações medidas relativas - isto é, o número de blocos em cada fileira ou coluna. São então somadas estas medidas de atenuação, conforme demonstrado na figura 1.1 B, para produzir uma representação numérica do objeto (fig. 1.1 C). Embora este grupo de números contenha todas as informações do processo, é difícil de interpretar e, portanto, é convertido em imagem por atribuição de uma escala de cinza aos números. Números elevados são representados por tons claros de cinza, e números baixos são representados por tons escuros de cinza. Isso resulta na imagem apresentada na figura 1.1 D. A imagem resultante pode ser então manipulada para realçar determinadas áreas. Por exemplo, se a escala de cinza for reduzida para incluir apenas preto e branco, é obtida uma reprodução perfeita do objeto atribuindo-se o preto a todos os números iguais e menores que quatro e branco a todos os números maiores que quatro. Na figura 1.1 F, é obtida uma representação imperfeita porque a escala de cinza é escolhida de forma que os valores iguais ou menores que seis são pretos e os valores acima de seis são brancos. Na TC, o método de obtenção do arranjo de números é mais complexo, e o número de projeções obtidas é muito maior, mas o princípio é o mesmo. O exemplo da figura 1.1 também fornece uma base para várias definições de termos de TC. Cada um dos blocos na fig. 1.1 A , representa um pequeno volume atenuante de material, sendo denominado voxel. Os números ao lado e abaixo da figura 1.1 A, representam medidas de atenuação isoladas e são denominados 6
  • 7. projeções do raio, ou somas do raio. A disposição dos números na figura 1.1 C é uma matriz, e os números individuais são elementos daquela matriz. Cada um dos blocos de cinza usados para a construção das imagens na figura 1.1 D a F é um pixel. O processo de escolha do número de tons de cinza para uma imagem é denominado seleção de uma janela. A largura da janela na fig. 1.1 E e F , é estreita, pois contém apenas dois tons de cinza (preto e branco) em comparação com a janela mais larga de D, que contém três tons de cinza. O número no qual o estabelecimento da janela está centralizado é denominado nível da janela. Na fig. 1.1 E, o nível é estabelecido em quatro, e em F é estabelecido em seis. Fig. 1.1 – princípio da reconstrução da imagem À primeira vista parece que o procedimento que acabamos de definir é inconveniente em comparação com a radiografia convencional, e não é irracional perguntar por que tal método interessa. Portanto, é instrutivo comparar a radiografia com a TC mediante exame do resultado de cada modalidade. Ambas as técnicas baseiam-se na equação de atenuação dos raios-x I = Io . e-µL Onde Io é a intensidade incidente de um feixe de raios-x sobre a superfície de um objeto de espessura L, e a intensidade transmitida. O coeficiente de atenuação linear (µ) é uma propriedade dependente do número atômico e da densidade do material e do espectro de energia do feixe de raios-x. apresentar dados de atenuação (seja I ou µ) em cada ponto de todo o corpo seria ideal em um exame por raios-x. O grau de alcance disto depende da forma na qual as intensidades medidas, I e Io, são registradas ou manipuladas. Em radiografia convencional, a intensidade transmitida (I) é observada como o escurecimento de um filme. Como a exposição 7
  • 8. do filme aos raios-x o escurece, a imagem de um objeto denso é mais clara no filme que a imagem de um material menos denso. Em uma radiografia do tórax típica, por exemplo, a imagem é clara nos dois locais onde muitos raios-x são absorvidos ou dispersos (grande µ), tal como no osso, e escura onde muitos raios-x são transmitidos em virtude de baixa absorção (pequeno µ), como nas regiões do parênquima pulmonar. Duas áreas diferentes desta radiografia do tórax podem mostrar o mesmo escurecimento e, portanto, demonstrar igual atenuação total do feixe nas duas posições. Entretanto, o perfil de atenuação através do corpo pode ser muito diferente. Portanto, na radiografia convencional os diferentes tons de cinza observados no filme representam as diferenças na transmissão de um feixe de raios- x quando atravessa o corpo. A TC, por outro lado, aproxima-se do ideal, por apresentação da atenuação média de cada pequeno elemento de volume que compreende a fatia do corpo. Assim, coloca em ordem a informação de atenuação do feixe de raios-x e a apresenta de forma quantitativa com uma precisão muito maior que a obtida por técnicas convencionais. Isso é equivalente a fornecer os valores individuais µ1, µ2 e µ3 da fig. 1.4 em lugar do valor total descrito para radiografia convencional. Aquisição de dados Os métodos de obtenção das projeções de raios necessárias para uma imagem de TC exigem uma fonte de raios-x, detectores e eletrônica apropriada, todos instalados em um pórtico (gantry), ou armação, que se move mecanicamente para produzir a imagem. Tais instrumentos foram designados ao longo de três linhas gerais desde sua introdução por Godfrey Hounsfield em 1972: (1) scanners nos quais o tubo e detectores de raios-x são feitos para se deslocarem em um tipo translação-rotação de movimento mecânico; (2) scanners que empregam um movimento rotatório no qual os detectores e o feixe de raios-x rodam ao redor do objeto; (3) scanners nos quais os detectores são estacionários e a fonte de raios-x é deslocada ao redor do objeto . O movimento mecânico de translação-rotação foi do tipo originalmente desenvolvido por Hounsfield, e instrumentos que utilizam este arranjo original são 8
  • 9. denominados scanners de primeira geração. Nesta máquina o feixe de raios-x é colimado até dimensões de aproximadamente 2 x 13 mm. A dimensão de 13 mm é paralela ao eixo do corpo – isto é, corresponde à espessura do corte (comprimento do voxel). A intensidade do feixe é monitorizada por pequenos detectores antes de entrar no corpo para obter o valor de intensidade incidente (I o). Após atravessar o corpo, o feixe é detectado por um cristal de cintilação, que também é colimado para receber basicamente aqueles fótons que não são dispersos ou absorvidos. A quantidade de intensidade transmitida (I) é então registrada e armazenada na memória do computador. O tubo de raios-x e o sistema detector são movimentados continuamente através do paciente, fazendo 160 medidas múltiplas durante a translação. Ao final de cada translação, o tubo de raios-x e o sistema detector são rodados em 1o, e a translação é repetida. O processo de translação-rotação é repetido em 180 translações, que produz 18.800 (160x180) medidas. As 160 medidas feitas durante uma translação completa são denominadas perfil, ou vista. De um ponto de vista clínico esta máquina tem a principal desvantagem de longos tempos de exame. Requer 5 minutos para reunir a quantia de 28.800 soma de raios, o que limita seu uso a partes do corpo, como a cabeça, que podem ser imobilizadas. O longo tempo de exame levou ao ímpeto para desenvolver outros sistemas de imageamento. A primeira modificação foi simplesmente converte o feixe de raios-x em um formato de leque com um ângulo divergente de 3 a 10 o. Múltiplos detectores de raios-x foram então posicionados, adjacentes um ao outro, para interceptar este feixe. Como foram usados mais detectores de raios-x, o número de rotações angulares poderia ser diminuído e obtido um número adequado de vistas em intervalos muito mais curtos. Estes scanners de Segunda geração foram capazes de obter uma imagem em períodos de apenas 18 segundos. Deve ser evidente que cada detector obtém uma incidência diferente durante uma translação, pois os raios do tubo de raios-x para os detectores não são paralelos. O próximo desenvolvimento envolvia o alargamento do ângulo de divergência dos raios-x, de forma que poderia incluir totalmente o objeto sem realizar qualquer movimento de translação. assim, foi desenvolvido um scanner apenas de rotação, e tais instrumentos são denominados de scanners de terceira geração porque cronologicamente foram o terceiro desenvolvimento. Neste scanner, o gantry roda 9
  • 10. continuamente. A maior vantagem é que estes instrumentos podem produzir uma imagem em 1 a 10 segundos, o que é adequado para a maioria dos estudos do corpo. Como estes scanners possuem uma resolução espacial que depende da abertura do detector e do número de projeções de raio reunidas em uma rotação, é necessário possuir um grande número de detectores acondicionados próximos interceptando o feixe. Um destes sistemas de detectores consiste em mais de 700 câmaras iônicas individuais utilizando o gás xenônio em uma pressão de 25 atmosferas. Todas as câmaras iônicas são feitas simultaneamente durante o processo de fabricação, e o xenônio fica livre para fluir entre as câmaras individuais, de forma que cada câmara possui a mesma pressão. As paredes das câmaras são feitas de lâminas de tungstênio muito finas, que servem como eletrodos para a câmara, para reduzir a dispersão dos raios-x entre as câmaras, e para ajudar a colimar os raios-x. outro sistema de detector consiste em várias centenas de detectores de cintilação de iodeto de césio ou de tungstato de cádmio com um sensor luminoso de silício incrustado em cada um. O pequeno tamanho do sensor luminoso de silício permite que os detectores possuam uma pequena abertura e estejam intimamente acondicionados. Os sistemas de detectores de xenônio são muito fidedignos e estáveis, mas possuem uma menor eficiência para a detecção de feixes de raios-x. A remoção das células detectoras do gantry rotatório e seu ajuste em posições estacionárias ao redor do paciente também permitiram uma diminuição do tempo de exame para 1 a 10 segundos. São usados de 1.200 a 4.800 detectores nestas máquinas, e geralmente detectores de cristal, como o óxido de germânio e bismuto ou tungstato de cádmio, são usados para captura altamente eficiente de fótons de raios-x. O desenvolvimento cronológico destas máquinas levou o nome de scanners de quarta geração. Neste scanner, o tubo de raios-x permanece ligado continuamente durante uma imagem, e cada detector recebe feixes de raios-x numa porção significativa do ciclo do exame. Embora tanto scanners de quarta quanto de terceira geração possuam a semelhança de rotação, são muito diferentes em princípio. No sistema de detector apenas rotatório, cada detector possui uma relação fixa com o tubo de raios-x. esta relação fixa permite que o detector seja altamente colimado, o que reduz muito a radiação dispersa, e, conforme discutido adiante, isso reduz a interferência (noise) 10
  • 11. com a imagem. Esta disposição proporciona a melhor situação para melhor resolução de baixo contraste. No sistema detector estacionário com um tubo de raios-x rotatórios, os detectores não podem ser altamente colimados porque então forneceriam dados apenas quando o tubo de raios-x estivesse diretamente oposto. Isso limitaria intensamente o número total de somas de raios ao número de detectores e produziria um número inaceitavelmente baixo de projeções. Para superar este problema, os detectores são colimados com aberturas amplas que permitem que reúnam radiação em um grande ângulo. Em intervalos contíguos a quantidade de detectores que intercepta o feixe varia, bem como o agrupamento específico de detectores. A manipulação matemática destas medidas de dados superpostos permite a obtenção de um grande número de somas de raios próximas, estreitas, equivalentes. O resultado pode levar a uma resolução espacial muito alta, mas também causa num aumento na detecção da radiação dispersa, embora parte desta dispersão seja removida por espaçamento apropriado entre o paciente e o detector. Estas diferenças teóricas entre os scanners de terceira e quarta geração são reais e demonstráveis, mas seu significado clínico tem sido discutido. Há uma modificação do conceito de quarta geração (Siemens Medical Systems, Inc.) que move o feixe de raios-x eletronicamente e não mecanicamente. A massa do tubo de raios-x, os detectores e o pórtico (gantry) de TC impedem o exame em subsegundos com um scanner de TC linear. Um feixe de elétrons de scan tem pequena massa, portanto pode ser usado para exame rápido. Este método de exame reduz o tempo para 0,02 segundo por corte e, com pequenos retardos para cortes consecutivos, até 17 cortes por segundo. Um feixe de elétrons é acelerado ao longo do eixo de rotação do scanner de TC e eletronicamente defletido para qualquer um dos quatro alvos fixos de raios-x de tungstênio. Cada alvo é um arco de tungstênio de 210o com um raio de 90 cm. O feixe de elétrons é defletido através do arco de 210o do alvo, criando o scan. Opostos ao alvo estão dois grupos de detectores estacionários com arcos arcos de 216 o . um arco detector possui 432 detectores, e o outro, um anel de maior resolução, possui 864 detectores. Cada detector individual consiste em um cristal de tungstato de cádmio unido a um fotodiodo de silício e um pré-amplificador. Detectores adjacentes do anel de alta resolução podem ser somados para ajustarem-se ao outro anel para estudo dinâmico, ou podem ser usados apenas para estudo de alta resolução. Durante o 11
  • 12. scanning dinâmico, dois cortes podem ser feitos simultaneamente. O estudo ocorre em 180o em lugar dos 360o da maioria dos scanners convencionais. Uma imagem pode ser reconstruída com 180 o de dados. Uma vez gerados os sinais, o restante do scanner tem projeto bastante convencional. Este arranjo do scanning leva a um scanner de TC extremamente versátil. Pode realizar todas as imagens convencionais com pequena degradação da imagem. Pode-se mudar para qualquer um dos quatro anéis-alvo e um ou ambos os anéis detectores. Entretanto, a principal capacidade do scanner é o imageamento em subsegundo, o que aumenta a capacidade de realizar estudos cardíacos. Alguns scanners de TC de translação-rotação podem ainda estar em uso, mas com a passagem do tempo e o desempenho superior dos scanners de terceira e quartas geração, eles desaparecerão lentamente. A maioria dos scanners em uso e comercialmente disponíveis neste momento é de sistemas apenas de rotação de terceira geração. O desenvolvimento de scanners de TC alcançou um estado elevado, e alterações futuras tendem a ser mais evolutivas que revolucionárias. Reconstrução da imagem Independente do tipo de scanner, o resultado de uma imagem é um grande número de somas de raios individuais. A reconstrução da imagem a partir destas medidas é, em princípio, a mesma para as várias máquinas. A equação fundamental que descreve o comportamento das medidas é fornecida na equação 1, e algumas manipulações simples desta relação auxiliarão na compreensão da reconstrução da imagem de TC. Considere a fig. 1.2, onde são mostradas várias placas finas com uma intensidade de raios-x inicial (I o) incidindo sobre a primeira placa. A intensidade de saída da primeira placa (I1) torna-se a intensidade de entrada na segunda placa, e sua intensidade de saída (I2) é a intensidade de entrada na terceira placa etc. pode- se então escrever: I1 = Io . e-µ1L1 12
  • 13. I2 = I1 . e-µ2L2 = (Io . e-µ1L1) e-µ2L2 In = I n-1 . e -µnLn A equação para o feixe que emerge após atravessar n placas pode ser então deduzida como I = I0 . (e-µ1L1) (e-µ2L2 ) ... (e-µnLn) I = I0e - (µ1L1 + µ2L2 + ... + µ L ) n n Para simplificar, o subscrito n em In foi retirado. Portanto, a atenuação total á equivalente à equação simples I = Io . e-µL Onde µL = µ1L1 + µ2L2 + ... + µnLn no caso onde L1=L2=L3=...=Ln, isto é, todos os cortes possuem espessura igual, a equação 4 pode ser escrita como µL = (µ1+µ2+...+µn).L se for calculado o logaritmo de ambos os lados da equação 3 e esta for rearrumada, o resultado é µL = (µ1+µ2+...+µn) = I ln I0 L I 13
  • 14. Esta equação mostra que, se a intensidade incidente I 0, a intensidade transmitida I e o comprimento do segmento L, são conhecidos, pode ser calculada a soma dos coeficientes de atenuação ao longo do trajeto do feixe de raios-x. Como há n desconhecidos (um de cada segmento), cada valor do coeficiente de atenuação não pode ser determinado a partir de uma única equação. A teoria algébrica exige que haja n equações independentes para obter soluções para os n valores desconhecidos de µ . para obter n equações independentes, devem ser obtidas várias vistas; é então possível reunir dados suficientes para as múltiplas equações. Uma comparação novamente com a radiografia convencional mostra que, como apenas uma medida, é feita em radiografia, pode ser obtido apenas o valor médio de µ ou a soma dos µL. assim, a informação na imagem é menos detalhada que a informação em uma imagem de TC. O processo de reconstrução Para cada medida de projeção do raio feita durante uma imagem de TC, é gerada uma equação: µL = (µ1+µ2+...+µn) = I ln I0 L e o conjunto completo destas equações deve ser então resolvido para se obter os valores individuais de µ para cada elemento da matriz. Como são obtidas milhares de projeções de raios para um scan, há milhares de equações a serem resolvidas simultaneamente, e a necessidade de computadores de alta velocidade é óbvia. Deve ser observado que L não está relacionado à espessura do corte (comprimento do voxel), sendo escolhido para o processo de reconstrução por meio de seleção de um tamanho da matriz. Desde que tenham sido feitas projeções de raio suficientes, a imagem pode ser reconstruída em qualquer tamanho da matriz, o que é essencial para escolher qualquer valor de L. o comprimento do voxel é ajustado pela colimação do scanner quando é selecionada uma espessura do corte. Portanto, um elemento da imagem (pixel) representa o coeficiente de atenuação ( µ) de um elemento de volume com comprimento determinado pela espessura do corte escolhida durante a aquisição de dados e a área de corte transversal que possui uma dimensão lateral (L) escolhida no momento da reconstrução. 14
  • 15. Foram projetados vários métodos para resolver o conjunto de equações geradas em uma imagem; entretanto, a maioria dos fabricantes atualmente estabeleceu o método de projeção retrofiltrada porque permite pequeno tempo de computação com soluções relativamente precisas. Também permite processamento de cada soma de raio imediatamente após sua obtenção, enquanto continua a aquisição de dados para outras somas de raios. Isso permite que a imagem final esteja disponível quase imediatamente após a conclusão do processo de scan. É importante compreender os conceitos básicos dos procedimentos de reconstrução, pois sua forma de aplicação afeta a qualidade da imagem final. O método de retroprojeção é uma tentativa de aproximar a solução por meio de projeção de um valor uniforme de atenuação sobre o trajeto do raio, de forma que a atenuação calculada sobre o trajeto é proporcional à atenuação medida. Estes valores são então armazenados no computador para os elementos da matriz envolvidos, e o processo é repetido para cada soma de raio da imagem. Cada elemento da matriz assim recebe uma contribuição de cada raio que o atravessa. Para aqueles voxels que o feixe atravessa obliquamente, é feita uma correção para a contribuição. A imagem final assim obtida é bastante borrada em virtude da superposiçaõ de que a atenuação do feixe ocorre uniformemente em todo o trajeto do raio. Entretanto, não importa quantas incidências são usadas, o efeito de borramento nunca é completamente eliminado. Assim, é usada uma segunda manobra matemática denominada operação de convolução ou processo de filtragem. O objetivo do processo de filtragem é modificar os dados da soma de raios, de forma que as projeções posteriores consistam em valores positivos e negativos. O procedimento de filtragem envolve uma operação matemática sobre a soma do raio com uma função complexa que depende de vários parâmetros, incluindo geometria do tubo de raios-x e detectores, e pode ser feita de várias formas, dependendo do resultado desejado. Por exemplo, uma forma da função do filtro poderia acentuar bordas e assim tornar a imagem mais nítida, enquanto que outra borrará as bordas para alterações de densidade mais graduais. O filtro que torna as bordas mais nítidas realçará a resolução espacial, mas simultaneamente diminuirá a resolução da densidade. Assim, a escolha de filtro ou centro afeta a qualidade da 15
  • 16. imagem, e o radiologista deve ser capaz de escolher o melhor filtro para um estudo específico. Alguns fabricantes selecionam automaticamente os filtros para procedimentos específicos em, lugar de exigirem que o radiologista escolha. Número da escala de TC Após um scanner de TC reconstruir uma imagem, os valores de pixel relativos representam os coeficientes de atenuação lineares relativos, porque o processo de reconstrução não conduz ao cálculo dos valores absolutos dos coeficientes de atenuação. Entretanto, é útil quantificar o valor do pixel de forma que o médico possa comparar a composição de um tecido com a de outro. Foi projetado um sistema de numeração de TC que relaciona um número de TC aos coeficientes de atenuação linear dos raios-x que é fornecido por No de TC = K (µ - µ w) µw onde µw é igual ao coeficiente de atenuação da água, e µ é o coeficiente de atenuação do pixel em questão. Embora o scanner de TC EMI (Electronics Music Industries, Ltd.) original usasse um valor de K = 500, o valor de K foi escolhido como 1000. Em homenagem a Godfrey Hounsfield, o inventor do estudo por TC, as unidades de TC são denominadas unidades Hounsfield (UH). Utilizando-se UH, o ar possui um valor de – 1000, a água um valor de 0, e o osso denso um valor de +1000. Teoricamente é indiferente qual o valor de K usado para construir uma escala de número de TC, desde que possa acomodar a precisão do scanner. Por exemplo, se a resolução de densidade do scanner é de + 0,5%, então a precisão relativa para resolução da densidade é de 1 parte em 200, se é necessária uma escala de 200 (K = 200) ou maior para representar com precisão a resolução da densidade. Assim K = 500 é generoso e foi o fator usado originalmente. O uso de um fator de K = 1000 expande a escala ainda mais e pode causar confusão em alguns scanners porque especifica um número de TC em uma resolução muito melhor que a realmente presente (1 parte em 2000, ou aproximadamente 0,1%). A ampliação da escala não aumenta a precisão de um scanner; por exemplo, uma precisão de + 0,5% traduz-se em + 2,5 números de TC com uma escala de 500 e + 5 números de TC com uma escala de 1000. 16
  • 17. CONSIDERAÇÕES DE QUALIDADE Resolução espacial Embora a qualidade da imagem seja subjetiva em vários aspectos, os principais fatores – resolução espacial e de densidade – podem ser quantitativamente especificados. A resolução espacial é uma medida da precisão na representação de estruturas anatômicas, sendo mais comumente descrita em termos do máximo da metade da largura total (MMLT). Este parâmetro é a medida de quão bem um ponto é reproduzido na imagem. Considerar a imagem de um ponto que poderia ser obtida colocando-se um fio fino com a ponta em água ou plástico e realizando imagens através do fio. O ideal é que a imagem resultante seja um fundo uniforme com um ponto brilhante designando a posição do fio. Na verdade, a imagem demonstra o ponto brilhante, mas com uma periferia fraca e não uma borda absolutamente nítida. Um perfil através da imagem – isto é, uma representação da densidade da imagem ao longo de uma linha que atravessa o centro do ponto – produz uma distribuição em forma de sino. Esta distribuição é denominada a distribuição de resposta do ponto. A altura desta curva representa o valor máximo da densidade, e a largura representa a incerteza na medida dos limites exatos do fio. A MMLT é a largura da curva no ponto onde os valores de atenuação correspondem a 50% do valor máximo. Quanto menor a MMLT, melhor é a resolução. Isso pode ser constatado observando-se que um grande MMLT reflete uma maior periferia atenuada, o que significa uma pior reprodução do objeto verdadeiro. Outro método de exame da resolução espacial é considerar imagens lineares. Isso é semelhante ao exame de imagens puntiformes, exceto que a imagem seria feita paralela a um fio em um meio e não transversal ao eixo. Se fosse usada uma série de linhas de diferente espaçamento ou de diferentes tamanhos, a capacidade de distinguir linhas separadas em uma imagem mediria a resolução espacial. Com linhas muito finas, uma medida da resolução pode ser afirmada em termos do número de linhas ainda discerníveis juntas em uma determinada distância. Assim, falar-se-ia do número de linhas por centímetro é dita descrição da resolução no domínio de freqüência. A freqüência neste caso é o parâmetro, linhas por centímetro. Um perfil através da imagem da linha produz a curva de resposta da 17
  • 18. linha, que é semelhante à curva de resposta do ponto. Novamente, pode-se falar de MMLT, e a análise á semelhante àquela realizada com o ponto. Obviamente, as duas curvas de resposta estão relacionadas. A realização de uma operação matemática, denominada conversão de Fourier, nestas curvas de resposta produz uma função denominada função de transferência da modulação (FTM). A FTM é uma função importante porque descreve as capacidades de resolução do sistema de forma mais satisfatória para a maioria dos cientistas. A interpretação física da FTM é que esta exibe a fidelidade relativa da imagem em comparação com o objeto real. Outra descrição da FTM é mostrada na figura 1.15. o perfil retangular representa o perfil de densidade de um objeto composto de linhas densas. O perfil de densidade da imagem reconstruída é mostrado como retângulos com ângulos arredondados, e, ``a medida que as linhas se aproximam, a região entre as linhas é preenchida em virtude da superposição das funções de resposta. A razão entre a altura dos retângulos e a altura da depressão entre as linhas torna-se menor à medida que as linhas se aproximam na imagem reconstruída, mas obviamente é fixa no objeto. Esta alteração ou diminuição da razão é observada como uma diminuição do contraste, sendo uma manifestação da capacidade decrescente do sistema de distinguir pequenos objetos (ou pequena separação de objetos). A FTM é basicamente o valor desta razão na imagem dividido pelo valor da razão no objeto. À medida que a freqüência aumenta (mais linhas por centímetro), a capacidade do sistema de reproduzir as linhas e vales com precisão está diminuída, e, portanto, a fidelidade diminui. Com linhas muito separadas, a FTM é de 1 – o valor máximo – e, à medida que a freqüência aumenta, a FTM diminui. Assim, quanto maior a FTM em uma determinada freqüência, melhor é a fidelidade – isto é, melhor é a resolução. Em sistemas com grandes valores de FTM em elevadas freqüências, as bordas são definidas mais claramente, e tais sistemas produzem imagens que parecem nítidas. Se freqüências elevadas são exageradas em relação a baixas freqüências, o resultado é um realce da borda. As técnicas para este realce de alta freqüência constantemente são usadas com vantagem em radiologia, e este é o objetivo principal de métodos xenorradiológicos ou métodos de subtração. A resolução espacial é afetada por vários parâmetros de projeto, os mais importantes dos quais são a escolha do filtro usado na reconstrução, tamanho da 18
  • 19. abertura do detector, número de perfis de projeção obtidos, tamanho da matriz (ou pixel), tamanho do ponto focal do tubo de raios-x, e contraste (densidade) relativo entre o objeto e o fundo. Os dois últimos parâmetros são considerados após a discussão sobre a resolução da densidade. Efeitos do filtro sobre a resolução Conforme discutido na seção anterior, o principal papel do filtro de convolução é remover o borramento da imagem criado pelo processo de retroprojeção. Os vários filtros controlam o grau de borramento da imagem criado por acentuação dos componentes de alta freqüência encontrados nos dados. Para uma imagem nítida, as elevadas freqüências espaciais sã o acentuadas, e isso possui o efeito de aumentar a nitidez das bordas e melhorar a resolução. Se as elevadas freqüências espaciais não são acentuadas, a imagem do objeto aparece mais borrada. Há uma desvantagem porque o ruído da imagem aumenta e a resolução da densidade diminui com a acentuação de elevadas freqüências espaciais. Paga-se por uma imagem nítida com uma diminuição da resolução de densidade. Da mesma a forma, aumentando-se a resolução da densidade, paga-se com a perda de alguma resolução espacial e nitidez da imagem. Tamanho da abertura do orifício do detector A abertura do orifício para um detector específico está associada a um anel de dados específicos ao redor do centro. Quando o tamanho do orifício aumenta ou diminui, a largura do anel de dados aumenta ou diminui correspondentemente. A largura deste anel de dados caracteriza o perfil de atenuação e é fundamental para a resolução espacial. Teoricamente, a resolução poderia ser aumentada sem limite mediante redução da abertura do orifício, mas as limitações práticas são governadas por demandas razoáveis dos custos de fabricação e pelo fato de que, quando a abertura do orifício diminui, o número de fótons que chega ao detector diminui, assim exigindo doses de radiação nos pacientes para compensar a perda de fótons. Número de perfis de projeção Caso se deseje reconstruir uma imagem com uma matriz de n colunas por n fileiras, então devem ser obtidas n² medidas ou somatórias de raios. Este critério 19
  • 20. não é exigente para garantir resolução exigida, e a questão do número ótimo de medidas angulares ou vistas deve ser respondida. Tamanho da matriz O tamanho do pixel deve ser de uma e meia a duas vezes menor que a resolução desejada. Exceto se um elemento da matriz coincidir exatamente com um objeto, a representação do objeto será em média dois ou mais pixels e, pode não ser visualizada. A capacidade de modernas máquinas de produzir reconstrução com zoom de grande ampliação resulta na produção de imagens com resolução maior que aquela do scanner. Ao tentar realizar este feito necessário, o scanner produzirá uma imagem com os mesmos dados em pixels adjacentes. A imagem resultante é mais manchada e os limites do objeto tornam-se borrados. Resolução da densidade É o segundo principal fator que afeta a capacidade de um scanner de descrever precisamente a anatomia. Como a maioria dos tecidos moles possui densidade quase iguais, a consideração geralmente é a diferenciação de variações de alguns pontos percentuais ou menos. Na computação de qualquer valor do pixel há erro na forma de variação estatística, e é esta variação que limita a resolução da densidade final. Esta variação é denominada ruído da imagem e manifesta-se como um fundo granuloso ou mosqueado (mottle). O parâmetro usado para avaliar esta variação é o desvio-padrão (σ), e o procedimento habitual para avaliação de um sistema é obter um scan de uma substância uniforme, como a água, e realizar o cálculo. O significado do desvio-padrão é que novos scans do mesmo banho de água e um novo cálculo dos mesmos números TC pixel forneceriam valores em uma faixa igual ao valor previamente calculado, mais ou menos o desvio-padrão em aproximadamente 2 dentre 3 casos. Freqüentemente é expresso em forma de percentagem (desvio-padrão computadorizado em unidades TC / faixa da escala). Como o ruído é a limitação final na precisão da resolução da densidade, os parâmetros que afetam ou induzem ruído devem ser compreendidos. Os parâmetros 20
  • 21. mais importantes são fluxo de fótons, dispersão de raios-x, erro induzido por computação, resposta de freqüência do filtro, e tamanho do voxel. MANIPULAÇÃO DA IMAGEM Procedimento bastante utilizado nesta área. Permite que você altere o nível e número de tons de cinza na imagem. É utilizado um écran de visualização interativo, que permite ao radiologista selecionar uma pequena faixa de tons de cinza de toda a escala de número TC e reajustar os limites de preto e branco. PRINCIPAIS EXAMES REALIZADOS TC de Crânio O propósito da TC de crânio é fornecer um diagnóstico definitivo que geralmente não exige exames complementares para verificação. A TC de crânio, em muitas circunstâncias, fornece esse alto grau de confiabilidade, Trauma craniano agudo, por exemplo, pode resultar na formação de hematoma epidural ou subdural. Esse tipo de lesão pode ser diagnosticado rapidamente, com precisão e inequivocamente através da TC de crânio. TC de Tórax O propósito da TC torácica é servir como adjunto diagnóstico à radiografia convencional de tórax. Entretanto, devido à relação custobeneficio, a radiografia convencional de tórax ainda é a ferramenta primária de rastreamento em pacientes com suspeita de doença torácica. A TC serve como uma modalidade de obtenção de imagens valiosa na avaliação e manejo de condições previamente diagnosticadas. TC abdominal e Pélvica Com o advento da TC, a habilidade para diagnosticar morfologia abdominal e pélvica foi significativamente acentuada. Devido à sua velocidade e precisão, a TC se tornou uma ferramenta de controle e tratamento eficaz para doença abdominal e pélvica e tem sido especialmente útil em casos de malignidade. O uso de exames diagnósticos padrões, tais como colangiopancreatografia retrógrada endoscópica (CPRE), foi muito reduzido devido à abrangência e à relação custobeneficio da TC. 21
  • 22. CUIDADOS NECESSÁRIOS As mulheres grávidas ou aquelas que poderiam possivelmente estar grávidas não devem ser expostas a uma TC a menos que os benefícios diagnósticos compensarem os riscos. As pacientes grávidas não devem ser submetidas a TC de corpo inteiro ou abdominais. Os técnologos estão instruídos não repetir películas se houver uns erros. As pacientes grávidas que fazem uma TC ou raio X afastado da área abdominal podem ser protegidos por um avental de chumbo para proteção do feto. Os agentes do contraste são usados freqüentemente em exames de TC e o uso destes agentes deve ser discutido com o médico antes do procedimento. Os pacientes devem assinar um formulário autorizando a administração do contraste. Um dos agentes comuns do contraste, iodo, pode causar reações alérgicas. Os pacientes que são alérgicos ao iodo (ou a frutos do mar) devem informar o médico antes da varredura de TC. Cuidados posteriores Nenhum cuidado posterior é requerido geralmente depois de uma varredura de TC. Imediatamente depois do exame, o responsável continuará observando o paciente para possíveis reações adversas do contraste. Os pacientes são instruídos a falar para o técnico caso esteja ocorrendo alguma reação alérgica, como dificuldade respiratória. VANTAGENS DA TC A TC pode cobrir extensas seções do corpo num só exame. Normalmente, uma ou duas áreas de um órgão são examinadas, como, por exemplo, o pulmão e a região abdominal, a cabeça e o pescoço, etc. Os parâmetros adquiridos através das medições podem ser traduzidos em fotografias. Estas são imagens transversais de 22
  • 23. planos extremamente finos do interior do corpo. Portanto, em muitos casos, mesmo o mais minúsculo processo patológico pode ser identificado. Vantagens em relação a outros exames A TC tem três vantagens gerais importantes sobre a radiografia convencional. A primeira é que as informações tridimensionais são apresentadas na forma de uma série de cortes finos na estrutura interna da parte em questão. Como o feixe de raios-x está rigorosamente colimado para aquele corte em particular, a informação resultante não é superposta por anatomia sobrejacente e também não é degradada por radiação secundária e difusa de tecidos fora do corte que está sendo estudado. A segunda é que o sistema é mais sensível na diferenciação de tipos de tecido quando comparado com a radiografia convencional, de modo que diferenças entre tipos de tecidos podem ser mais claramente delineadas e estudadas. A radiografia convencional pode mostrar tecidos que tenham uma diferença de pelo menos 10% em densidade, enquanto a TC pode detectar diferenças de densidade entre tecidos de 1% ou menos. Essa detecção auxilia no diagnóstico diferencial de alterações, tais como uma massa sólida de um cisto ou, em alguns casos, um tumor benigno de um tumor maligno. Uma terceira vantagem é a habilidade para manipular e ajustar a imagem após ter sido completada a varredura, como ocorre de fato com toda a tecnologia digital. Essa função inclui características tais como ajustes de brilho, realce de bordos e zoom (aumentando áreas especificas). Ela também permite ajuste do contraste ou da escala de cinza, o que é chamado de “ajuste de janela” para melhor visualização da anatomia de interesse. 23