O tomógrafo

Componentes, Hardware,Software,Geração dos

Tomógrafos

Ah,não… física outra vez ?outra vez ?

O QUE É UM TOMÓGRAFO ?

Um aparelho de raios X que cria imagens seccionais do corpo

Básicamente : um portal e uma mesa móvel

Produção dos RXTubo

Detectores

Gerador

Detecção dos RX

Sistemas de computação

Reconstrução

Conversão AD

Exibição e formatação

Impressão

Arquivo

O PORTAL (“GANTRY”)

Portal

Parte mais imponente do sistema

a. Cabeçote com ampola de RX

b. Detectores na margem oposta ao cabeçote

c. Engrenagens e motores elétricos – rotação

d. Motores hidráulicos - inclinação

Portal

Whizzo CT Company Tubo RX

ImPACT Course: Mar-07

cabeamento detectores

feixeabertura

Tubo

Abertura

Cabos

Feixe

ImPACT Course: Mar-07

Detectores

Sistema de cabos

• Permite rotação máxima de 360 graus

Gira 360 graus para Gira 360 graus para

volta a posição inicial

SISTEMA DE RX (DENTRO DO PORTAL)

Componentes do sistema de Raios X

1. Gerador

2. Tubo

3. Filtros3. Filtros

4. Colimadores

1.Gerador

• Trifásico de alta frequencia

– Relativamente pequeno

• O suficiente para girar com o tubo• O suficiente para girar com o tubo

• Cabe dentro do portal

2.Cabeçote (tubo)

• Funcionamento contínuo produz

1000 a 10 000 vezes mais calor que o RX convencional (calor gerado continuamente sem esfriamento entre os cortes)esfriamento entre os cortes)

• Sistema eficiente de refrigeração e dissipação de calor

• Ampolas dimensionadas para suportar até 1 milhão de Unidades Calóricas (HU)

• Anodo giratório com maior diâmetro

ANODO

SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO

Estabilizador do anodo

Funcionamento ideal

• “Aquecer” o tubo de RX no início do dia

• Evitar superaquecimento

– Redução da miliamperagem

– Número de cortes e aquisições– Número de cortes e aquisições

– Os sistemas são protegidos – a aquisição não inicia se a temperatura do tubo está além do limite

** Tubo de alta performance ~ U$ 50 000

Redução no mAs pôde ser feita sem comprometer a qualidade do diagnóstico, proporcionando redução de até 20% na dose média dos exames de crânio em adultos e de até 45% em crianças com idade de 0 a 6 meses; pacientes com menos de 50 kg tiveram redução de aproximadamente 37% na dose média de radiação para os exames de abdome superior; para o exame de tórax de rotina a redução chegou a 54%. O aquecimento do tubo de raios X para os exames de crânio, abdome superior e tórax teve redução estimada em aproximadamente 13%, 23% e 41%, respectivamente. CONCLUSÃO: Alteração nos protocolos dos exames descritos acarretará diminuição significativa na dose de radiação e aumento na vida útil do tubo de raios X, sem comprometer o diagnóstico.comprometer o diagnóstico.

Redução de dose e aumento na vida útil do tubo de raios X em tomografia computadorizadaMarconato,José Augusto; Mazzola,Alessandro A.; Sanvitto,Paulo César; Carvalho,Antonio Carlos Pires; Vasques,Márcio Vieveger

http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-39842004000500009

3.Filtros

• Endurecem o feixe– Removem fótons de baixa

energia

• Reduzem a exposição do paciente

Pacientepaciente

• Tentativa de produzir um feixe uniforme

Filtro

4.Colimação

• Pré-colimadores

– Entre tubo e paciente Tubo

Detector

• Pos-colimadores

- Entre paciente e detectores

Pre-Colimação

• Limita a extensão do feixe

• Reduz radiação espalhada

• Desenhado para minimizar a divergência do feixedo feixe

Tubo

Detector

Pre-colimação

Pos-Colimação

• Ajuda a definir a espessura de corte

• Reduz a radiação espalhada que alcança os detectores

TuboTubo

Detector

Pos-colimação

Detectores

DetectoresWhizzo CT Company

ImPACT Course: Mar-07

DETECTORES

Detectores

• Componente Críticos– Transformam a absorção de RX em sinal elétrico– Determinantes na qualidade de imagem e dose para o

paciente

ImPACT Course: Mar-07

paciente

• Tipos– Xenonio– Estado sólido

Estado Sólido

Cintilador Fóton capturado

RX

Os cristais são atingidos diretamente pelo feixe de RX, produzindo energia luminosa, cujos fótons

ImPACT Course: Mar-07

Sinal Elétrico

Foto-diodo

capturadoluminosa, cujos fótons dirigem-se para o diodo sensível a luz que converte a luz em sinal elétrico

Câmara de ionização

• Converte os RX diretamente em sinal elétrico

Ar

Raios X

Câmara ionização

Sinal Elétrico-+

+ -

Câmara de ionização

Câmara de pressão

Placas

Câmara preenchida por gás comprimido (geralmente Xenônio) na pressão de 30 atmpor dois motivos:

• aumentar a energia das moléculas de gás facilitando a liberação de elétrons quando

Amplificador Sinal

Alta Tensão

facilitando a liberação de elétrons quando incidir o RX • aumentar a quantidade de átomos do gás disponível para interagir com o feixe.

A câmara é compartimentalizada através de lâminas de Tungstênio que coletam os íons liberados. Este tipo de detector tem eficência quântica menor se comparado ao de estado sólido.

Tecnologia de detectores

• Alta eficiência

• Resposta rápida

• Alta amplitude dinâmica (dynamic range) –intervalo entre o maior e o menor sinal intervalo entre o maior e o menor sinal detectável (1 000 000 : 1)

• Estabilidade

** Segredo industrial…..

Detectores – fundamentais para a geração das imagens

• Escaneamento: produz dados captados pelosdetectores ( RX → sinal elétrico)

• Conversão analógico-digital (reconstrução):

sinal elétrico (analógico) → sinal digital

• Conversão digital-analógica• Conversão digital-analógica

TRANSMISSÃO DE ENERGIA E DADOS

Whizzo CT Company

TUBO DE RX

ENERGIA&

DADOS

ImPACT Course: Mar-07

DETECTORES

DADOS

Rotação do portal

• O sistema de cabos requerrotação de ida e volta– roda - para - volta

• Séries de rotações nos

Cabos

ImPACT Course: Mar-07

• Séries de rotações nossentidos horário e anti-horário

Rotação

Rotação contínua

ImPACT Course:Mar-07

Energia

Sinais dos detectores

Anéis deslizantes - 1990

– Cabos conectados a anéis estáticos– Energia e sinais transmitidos para / do portal através de escovas

estacionárias que deslizam sobre os anéis– Permite rotação contínua– Não necessita rodar e parar– Tempo de escaneamento ~ 0.3 s– Tempo de escaneamento ~ 0.3 s

Tomografo Espiral

• Só foi possível com a tecnologia de anéis deslizantes

• O tubo gira continuamente em torno do paciente

Tubo

Fiação interconectora

torno do paciente

• A mesa move-se simultâneamente

• Não existem cabos

DetectorAnéis deslizantes

GERAÇÃO DOS TOMÓGRAFOS

Raio

• Parte do feixe que incide sobre um único detector• É atenuado pelo corpo do paciente• Gera sinal elétrico

Raio

Vista

• Somatória de informações coletadas pelo conjunto de “raios” que compõem o feixe

Geometria do feixe de RX

• Lápis

• Leque

• Espiral

• O conjunto tubo-detectores gira da esquerda para a direita e realiza medidas de atenuação do feixe de RX de grau em grau (180 medidas por corte)

• A cada 45º executa um movimento de translação 1o

Primeira Geração – feixe em “lápis”

Tubo

Detector

Primeira Geração

Feixe em lápis

* Detector único* Surgiu em 1972* Surgiu em 1972* Rotação/translação* Rotação linear(1°)

* Tempo de corte: 5min * Matriz: 80 x 80 * Vóxel: 3mm x 3mm x 13 mm

* Apenas exames de encéfalo

Segunda Geração – feixe em “leque”

Feixe em leque estreito – angulo de abertura do “leque” de 10º

* Surgiu em 1974 * Rotação/translação* Maior ângulo de rotação* Múltiplos ângulos de aquisição em cada posição

Tubo

Detectores

* Múltiplos ângulos de aquisição em cada posição * Imagens de corpo inteiro * 30 detectores * Tempo de corte: 10 a 90 seg

Terceira Geração

Feixe em leque largo envolvendo toda a circunferencia do paciente

* Surgiu entre 1975-1977 * Centenas de detectores (500 a 1000) * Tempo de corte: 2 a 10 seg * Rotação de 360º / Múltiplos ângulos de aquisição em cada posição

4747

Tomógrafos de Terceira Geração

• Tubo & detectores– Giram em torno do paciente

colhendo dados

Rotação

RotaçãoRotação--RotaçãoRotaçãoo o desenhodesenho modernomoderno

UKRC 2007

Rotação

Quarta Geração

Feixe “em leque”, largo

* Surgiu em 1981* Rotação do tubo* Múltiplos detectores fixos (até 2000) circundando completamente o pacientecircundando completamente o paciente* Tempo de rotação mais curto – até 0.5 segundos

Paciente

Paciente

Tubo

Detector

Tubo

Detectores

Paciente

Tomógrafos Espirais – “5ª Geração”

• Utilizam feixes de elétrons que são defletidos e focalizados em anéis de alvo com grande diametro posicionados no portal

• Extremamente rápidos – dezenas de • Extremamente rápidos – dezenas de milisegundos por corte

• A mesa move-se simultâneamente ao tubo que gira em torno dela

• Sistemas de detector único e múltiplos detectores

Tomografia Helicoidal

• Final dos anos 80

• Tecnologia de anéis deslizantes

5252

Tomografia Computadorizada Helicoidal

• Rotação continua do tubo e detectores simultânea ao movimento da mesa

• Movimento “espiral” em torno do paciente– Forma imagens axiais

UKRC 2007

xy planez axis

QUE TIPO DE TOMÓGRAFOS TEMOS HOJE?

TC Convencional (não espiral)

• Tubo gira uma vez ao redor do paciente– A mesa para

– São colhidos os dados para este corte

• A mesa “anda” o equivalente à espessura de corte + incremento

• O tubo gira no sentido contrário• O tubo gira no sentido contrário

Escaneamento passo a passo

• Os cabos sópermitem rotação de 360 graus

• Passos do escaneamento:

1. O conjunto tubo/detectores deve ser acelerado

2. Os dados são adquiridos com velocidade2. Os dados são adquiridos com velocidadeconstante

3. O conjunto desacelera para parar após 360 graus

4. Mesa & Paciente movem-se para a próximaposição

•• RetardoRetardo entre entre osos cortescortes : : aumentaaumenta o tempo de o tempo de exameexame

Escaneamento passo a passo

• O paciente tem que prender a respiração a cada corte (quando indicado)

– A respiração varia de um corte a a outro

• Lesões pequenas podem não ser vistas• Lesões pequenas podem não ser vistas

Escaneamento helicoidal

• Outros nomes

– TC espiral

– Escaneamento volumétrico

• Dados coletados de forma contínua

• A mesa move-se contínuamente

• O tubo e detectores descrevem uma espiral

TC helicoidal de múltiplos detectores (“multislice”)

• Multislice – rotação ultra-rápida e multíplas filas de detectores

5959

Tomógrafo multislice

Espessura coberta pelo feixe

UKRC 2007

TCMS

Eixo Zdireção de escaneamento

10 mm 40 mm

até 64 filas de detectores

TCDU

QUE DIFERENÇA FAZ SER UM TOMÓGRAFO PASSO A PASSO OU HELICOIDAL?

Aquisição de dados

• Passo a passo

– Um corte por vez

• Aquisição volumétrica

– São colhidos dados do volume todo

– Durante o escaneamento o paciente move-se – Durante o escaneamento o paciente move-se junto com a mesa e o tubo faz um movimento espiral

Vantagem da aquisição espiral

• Não existe intervalo entre os cortes

– Os cortes podem ser reformados em qualquerposição

• Não há variação em função da respiração• toda uma região pode ser examinada em uma• toda uma região pode ser examinada em umaúnica apnéia

• Melhor rendimento do contraste EV• aquisição rápida, concentração uniforme do contraste

• Aquisição volumétrica• maior acurácia da reformação multiplanar e 3D

Redução dos artefatos de movimento

Menor volume de contraste EV

• Permite avaliar múltiplas fases da passagem do contraste EV

Fase córtico-medular

Fase nefrográfica

Fase excretora

Permite Reformação Multiplanar

Uma grande extensão pode ser examinada com cortes contíguos - 175mA / 8Os

MIP – pixels de intensidade máxima

Reformação intraluminal (endoscopia virtual)

Mudança da espessura de corte

Reformação 3D de alta resolução

Coração

ULTIMO CONCEITO: PITCH

A mesa move-se durante o escaneamento

movimento da mesa a cada giro de 360 graus

Pitch (passo) = -----------------------------------------------------------------------espessura de corte

♦ Espessura de corte determinada pela colimação

♦ O quanto a mesa move-se a cada giro de 360 graus é determinado pela velocidade da mesa

♦ Extensão total: espessura de corte x número de giros de 360 graus

Espessura de corte

Incremento da mesa

Pitch = 1

♦ Pitch = 1 significa um corte atrás do outro

movimento da mesa a cada giro de 360 graus

Pitch (passo) = -----------------------------------------------------------------------espessura de corte

Pitch >1

♦ Pitch > 1 significa espaço entre os cortes

movimento da mesa a cada giro de 360 graus

Pitch (passo) = -----------------------------------------------------------------------espessura de corte

Pitch <1

♦ Pitch < 1 significa superposição de cortes

♦ Pode melhorar a visibilização depequenas partes da anatomia

movimento da mesa a cada giro de 360 graus

Pitch (passo) = -----------------------------------------------------------------------Pitch (passo) = -----------------------------------------------------------------------espessura de corte

A DOSE É ALTAMENTE DEPENDENTE DO PITCH

Pitch = 1

• Equivale a TC passo a passo

Pitch >1

• Menor dose para TC espiral se o incremento da mesa for MENOR que a espessura do corte

Pitch <1

• Maior dose para TC espiral se o incremento da mesa for MENOR que a espessura cocorte

Futuro

• Abertura

mais ampla