Princpios Fsicos em Raio-X

Servio de InformticaInstituto do Corao HC FMUSP
Princpios Fsicos em Raio-X
Marco Antonio GutierrezEmail: marco.gutierrez@incor.usp.br
2010

Servio de Informtica InCor HC FMUSP - Aula Tomografia
Formas de Energia
Corpuscular (p, e-, n, , , ) Energia = Energia Cintica
Ondulatria (luz, uv, calor, Raios-X, radiao Energia E.M. = h.f = h.c/ h=4,135x10-15 eV-s (Constante de Plank) C=2,997925x108 m/s = comprimento de onda
Radiao = Energia em propagao
2

Servio de Informtica InCor HC FMUSP - Aula Tomografia 3

Efeitos das interaes da radiao com a matria
4
Radiaes ionizantes: partculas carregadas eletricamente, nutrons, radiaes eletromagnticas
Radiaes no ionizante: luz, iv, uv, micro-ondas, etc.
Em Radiologia Raio X = Radiaes Ionizantes

Espectro Eletromagntico

Estrutura Atmica

Estrutura Atmica
7

Imagens Radiolgicas Informaes:
Anatmicas (tecidos, formas, dimenses, volumes, ...)
Movimentos e trnsitos (algumas funes) Energia = Raio X (radiao ionizante e no visvel) Fonte Externa = Imagens de transmisso Transdutores/Receptores
Filmes sensveis a Raio X Intensificadores de imagens + cmeras Cristais de cintilao + fototubos Placas de luminescncia Cmaras de ionizao gs
9

Produo de Raio X
10

Radiao Bremsstrahlung

Produo de Raio X
12

Radiao Caracterstica

Tubo de Raio X com Anodo Fixo
14

Tubo de Raio X com Anodo Giratrio
15

Filtrao e Endurecimento do Feixe
16

Imagem Radiolgica Primria
17

Caractersticas Principais Contraste = Diferenas entre intensidades de
diferentes regies, C=(Iobj-Ifd)/Ifd
Resoluo Geomtrica = Menor detalhe visvel. Perda de resoluo = borramento
Rudo = Incerteza na informao coletada,determinado pela quantidade de ftonsutilizados na formao da imagem, pelascaracterstica do receptor/transdutor
Densidade Radiolgica = Grau de escurecimento do filme DO=log10(Iinc/Itrans)
18

Sistema Fluoroscpico
24

Angiografia por Subtrao
25

Tomografia Computadorizada
26

Imagens Tomogrficas
Uma imagem CT 2D corresponde a um seco do paciente (3D)
A espessura dessa fatia de 1 a 10 mm Aproximadamente uniforme Cada pixel da imagem 2D corresponde a um elemento de
volume (voxel) do paciente

Imagens Tomogrficas
Cada feixe registrado uma medida detransmisso atravs do paciente ao longo deuma linha
x)I/Iln(II
t0
x0t
== e

Nmero CT ou unidades Hounsfield
Nmero CT(x,y) em cada pixel, (x,y)
varia entre 1.000 e +1.000 1.000 = ar 300 a 100 = tecido mole 200 = pulmo0 = gua + 50 = msculo+ 120 = acrlico+ 990 = teflon+1.000 = osso e reas com contraste
water
wateryxyxCT
=
),(000.1),(

Nmero CT
quantitativo CT mede densidade ssea com preciso
Pode ser usado para estimar risco de fratura, por exemplo
Com elevada resoluo espacial e grande contraste CT pode ser usada para determinar
dimenses de leses

Como tudo comeou....
Original "Siretom" dedicated head CT scanner, circa 1974

Circa 1975Matriz 80x80, 4min. /rotao8 nveis de cinzaReconstruo overnight
Matriz 512x512, 0,4s/rotao16 slices/scan
(images courtesy Siemens Medical Systems and Imaginis.com)

Avanos tecnolgicos (1985-2002)

e onde estamos.Specifications First CT (circa
1970)Modern CT
Scanner (2001)Time to acquire one CT
image 4-5 minutes 0.5 seconds
Pixel size 3 mm x 3 mm 0.5 mm x 0.5 mm
Number of pixels in an image
64,000 256,000
Table Data: http://www.physicscentral.com/action/action-02-3.html

Aquisio
Ao conjunto de feixes que so transmitidosatravs do paciente com mesma orientaodenomina-se projeo
Dois tipos de projeo so usados: Parallel beam geometry Fan beam geometry
Feixe divergente

1a gerao:
Somente 2 detectores NaI lento
Parallel ray pencil beam baixo espalhamento
160 feixes x 180 proj. FOV de 24 cm 4,5 min/scan 1,5 min reconstruo

2a gerao
Conjuto de 30 detectores mais radiao espalhada detectada
600 feixes x 540 projees 18 s/slice
O mais rpido

3a gerao
Mais de 800 detectores O ngulo do fan beam cobre todo
paciente No necessrio translao
Tubo e detectores rotacionam juntos
Sistemas mais novos chegaram a 0,5 s/slice

4a gerao
Elimina alguns artefatos da gerao anterior 4.800 detectores estacionrios

5a gerao
Desenvolvida especificamente para imagens CT do corao
50 ms/slice vdeos do corao batendo
http://www.gemedicalsystems.com/rad/nm_pet/products/pet_sys/discoveryst_home.html#

6a gerao
Helicoidal: adquire imagem enquanto a mesa move Menor tempo para uma aquisio completa Menor uso de contraste

7a gerao
Mltiplos conjuntos de detectores Espaamento maior no colimador Mais dados para reconstruo das imagens
Com apenas um conjunto de detectores, a resoluo determinada pela abertura do colimador
Com mltiplos detectores, a espessura do corte(slice) determinada pelas dimenses do detector

Conceitos importantes
43
O que medido no CT? O coeficiente de atenuao linear mdio ()
entre o tubo e os detectores O coeficiente de atenuao reflete o grau pelo
qual a intensidade de Raio-X reduzida pelomaterial

Princpios de Reconstruo de Imagens em CT
Imagens planares de raios-Xreduzem o paciente (3D) a umaprojeo 2D
A densidade em um dado ponto resultado da atenuao do feixede raios-X desde o ponto focalat o detector
Informao do eixo paralelo aofeixe de raios-X perdida
Com duas imagens planares possvel localizar com preciso aposio de um dado objeto queaparea em ambas imagens

Princpios de Reconstruo de Imagens em CT

Reconstruo Tomogrfica Radon (1917) provou que uma imagem de um
objeto desconhecido pode ser produzida seexistirem um nmero infinito de projees desseobjeto.

Reconstruo Tomogrfica
Existem muitos algoritmos para reconstruo Filtered backprojection (retro-projeo)
mais comumente utilizado reconstri utilizando um procedimento inverso
aquisio valor de espalhado ao longo do caminho que
percorreu durante a aquisio dados de diversos feixes so retroprojetados em uma
matriz, formando a imagem

Sinograma
Armazena os dados antes da reconstruo Objetos nos limites do FOV geram uma senide n

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