Princípios Físicos em Raio-X
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Servio de InformticaInstituto do Corao HC FMUSP
Princpios Fsicos em Raio-X
Marco Antonio GutierrezEmail: [email protected]
2010
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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
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Efeitos das interaes da radiao com a matria
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Radiaes ionizantes: partculas carregadas eletricamente, nutrons, radiaes eletromagnticas
Radiaes no ionizante: luz, iv, uv, micro-ondas, etc.
Em Radiologia Raio X = Radiaes Ionizantes
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Espectro Eletromagntico
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Estrutura Atmica
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Estrutura Atmica
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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
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Produo de Raio X
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Radiao Bremsstrahlung
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Produo de Raio X
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Radiao Caracterstica
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Tubo de Raio X com Anodo Fixo
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Tubo de Raio X com Anodo Giratrio
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Filtrao e Endurecimento do Feixe
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Imagem Radiolgica Primria
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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)
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Sistema Fluoroscpico
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Angiografia por Subtrao
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Tomografia Computadorizada
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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
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Imagens Tomogrficas
Cada feixe registrado uma medida detransmisso atravs do paciente ao longo deuma linha
x)I/Iln(II
t0
x0t
== e
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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),(
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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
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Como tudo comeou....
Original "Siretom" dedicated head CT scanner, circa 1974
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Circa 1975Matriz 80x80, 4min. /rotao8 nveis de cinzaReconstruo overnight
Matriz 512x512, 0,4s/rotao16 slices/scan
(images courtesy Siemens Medical Systems and Imaginis.com)
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Avanos tecnolgicos (1985-2002)
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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
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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
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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
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2a gerao
Conjuto de 30 detectores mais radiao espalhada detectada
600 feixes x 540 projees 18 s/slice
O mais rpido
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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
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4a gerao
Elimina alguns artefatos da gerao anterior 4.800 detectores estacionrios
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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#
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6a gerao
Helicoidal: adquire imagem enquanto a mesa move Menor tempo para uma aquisio completa Menor uso de contraste
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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
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Conceitos importantes
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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
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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
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Princpios de Reconstruo de Imagens em CT
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Reconstruo Tomogrfica Radon (1917) provou que uma imagem de um
objeto desconhecido pode ser produzida seexistirem um nmero infinito de projees desseobjeto.
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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
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Sinograma
Armazena os dados antes da reconstruo Objetos nos limites do FOV geram uma senide n