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SEL 5705 - FUNDAMENTOS FÍSICOS DOS PROCESSOS DE

FORMAÇÃO DE IMAGENS MÉDICAS

SEL 5705 - FUNDAMENTOS FÍSICOS DOS PROCESSOS DE

FORMAÇÃO DE IMAGENS MÉDICAS

Prof. Homero Schiabel(Sub-área de Imagens Médicas)

6. FORMAÇÃO DE IMAGENS POR RAIOS X6. FORMAÇÃO DE IMAGENS POR RAIOS X

A Radiografia➨ 2 fatores fundamentais:

padrão de intensidade de raios-X transmiti-do através do corpo;

imagem no sensor (filme, tela, placa eletrô-nica ...) grau de escurecimento (interação dos raios X com a emulsão – densidade óptica – ou outro sensor de radiação)

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RAIOS X ATRAVESSANDO O CORPO HUMANO

RAIOS X ATRAVESSANDO O CORPO HUMANO


Diferenças entre atenuações causadas por osso, músculo e gordura dentro do corpo visualização da estrutura anatômica na radiografia

Diferenças entre atenuações causadas por osso, músculo e gordura dentro do corpo visualização da estrutura anatômica na radiografia

Ex. 1

Io

It

d OSSO TECIDOMOLE

F

Io

ItIt´

intensidadeincidente

intensidadetransmitida

It = Io e -μTd

It´ = Io e -μod

μT = coef. aten. linear tecido mole;μo = coef. aten. linear osso

μT < μoμT < μoZosso = 14 > Ztec = 7,5ρosso = 1,8 > ρtec = 1,0


Ex. 2Io

It

D

OSSOOSSO

TECIDOMOLE

TECIDOMOLE

F

I1 = Io e -μTD

I2 = Io [e -μod. e -μT

(D-d)] d

I1I2

ItIt

xx


1. Tamanho do Ponto FocalGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃOGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃO

fR

f

ffR

f < fR (no centro)

sen θ = f / fRsen θ = f / fR

Princípio do Princípio do focofoco--linhalinha

f = fR sen θf = fR sen θ

θ




(característica de campo)

F

S1

S2

d dFF1

dFF2

dFD S2

S1

S1

dFF1 dFD

dFF

= =d

S = ddFD


2. Tamanho do CampoGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃOGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃO

F

S1

S2

dFF1

dFF2

dFO

dFFS / r =dFO

r

objetoSe dFF = dFO S = r

Para dFF > dFO:

= m

Fator de magnificação


3. Magnificação radiográficaGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃOGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃO

F

dFF

dFO

r

objeto

Fator de magnificação lateral (g)

Plano-imagem

x

S = R (dFF/dFO) = R m(no centro)

S’ = R (dFF/dFO)(√ dFO2 + x2) / dFO)

S’= R m (√ dFO2 + x2) / dFO)

S S’


4. Distorção e Magnificação lateralGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃOGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃO

f

S

dFF

dFO

(dFF - dFO)p1 = p2 = f

dFOp1

p1 + p2 = p PENUMBRA

p2

D

e Fazendo o objeto muito estreito,de modo que D >> e:


5. Penumbra (Perda geométrica de nitidez)GEOMETRIA DE EXPOSIÇÃOGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃO

Ponto focal = 1,20 x 0,75 mm

Ponto focal = 0,40 x 0,30 mm


5. Penumbra (Perda geométrica de nitidez)GEOMETRIA DE EXPOSIÇÃOGEOMETRIA DE EXPOSIÇÃO

Para caso de absorção fotoelétrica, pode-se considerar que a radiação que sai do paciente é composta apenas do feixe primário um fóton de R-X é completamente removido do feixe por absorção total;

Para o caso do espalhamento Compton, não ocorre apenas absorção parcial

Radiação espalhada do próprio paciente, na maioria das vezes, não é desprezível e causa perda de resolução na imagem

Redução do espalhamento GRADES (80 a 90%)


ESPALHAMENTO E GRADESESPALHAMENTO E GRADES

R-X

11 3322

44

paciente

h

b cGrades Pb

Raio 1: feixe primário;Raio 2: rad. espalhada - raio “angula-do” vê uma grande superfície no Pb;Raio 3: feixe primário absorvido fração [b/(b+c)] do feixe primário;Raio 4: ligeiramente espalhado an-gulação pequena não contribui pra-ticamente para degradação da imagem (como os raios de angulação maior)

Razão de Grade r = h/bRazão de Grade r = h/b

Fator de Grade: Fator de Grade: F = F = Expos. c/ grade Expos. c/ grade

Expos. s/ grade Expos. s/ grade


ESPALHAMENTO E GRADESESPALHAMENTO E GRADES

TENSÃO ENTRE OS ELETRODOS (kVp)TENSÃO ENTRE OS ELETRODOS (kVp)

Emédia do espectro ≈ 1/3 a 1/2 da kVp

> kVp > Emédia do feixe < μ(maior penetração)


FILME RADIOGRÁFICOFILME RADIOGRÁFICO

Emulsão fixada numa base de material plástico, que contém em suspensão cristais de Brometo de Prata em material gelatinoso

Camada protetora

Camada protetora

emulsão

emulsão

base


Radiação interage com os cristais imagem latente revelação cristais se tornam grãos de prata metálica fixação (solução de tiossulfito de sódio dissolve brometo e a gelatina não atingidos pela radiação) lavagem em água áreas expostas à radiação: mais escuras (proporcionalmente à quanti-dade de radiação recebida)

Coeficiente de transmissão do filme T = I / IoT = I / IoGrau de escurecimento

(densidade óptica) D = log (1/T) = log (Io / I)D = log (1/T) = log (Io / I)

Io

I



http://tecnicosemradiologia.blogspot.com/2008/02/raio-x.html

Curva Característica do Filme Curva Característica do Filme

relação entre a exposição recebida e a correspon-dente densidade ótica proporcionada:

LogLog Exp.Exp.

D.O.D.O.

1,01,0

2,02,0

3,03,0





Curva Característica do Filme (Kodak MinR-M) Curva Característica do Filme (Kodak MinR-M)

Log Exp.

D.O.VELOCIDADE (= sensibilidade)

v = 1 / E1E1 = exposição necessária para

produzir D.O. = 1,0

INCLINAÇÃO (= gradiente)

γ = DO2 - DO1

log E2 - log E1

quanto > γ > in-clinação > velo-cidade

LATITUDEIntervalo de expos. em que as D.O. estão na parte linear da

curva

CONTRASTE

C = DO1 - DO2



CONTRASTECONTRASTE

Diferença detectável na imagem (grau de escureci-mento) entre 2 pontos

Diferença entre as intensidades de luz transmitidas por uma tela fluorescente impressionadas pelos pa-drões de intensidade de R-X:

ΔI proporcional a (IT - Io)*

(*) intensidade de luz da tela é proporcional à quantidade E absorvida por ela



CONTRASTECONTRASTE

http://www.fleury.com.br/

Resposta do olho humano: logarítmicaC = log10 I1 - log10 I2


CONTRASTECONTRASTE

ttp://www.if.ufrgs.br/ast/med/imagens/node2.htm

Resposta do olho humano: logarítmicaC = log10 I1 - log10 I2

Ex.: Se substituirmos os correspon-dentes valores para osso e tecido mole do Exemplo 1:

I1 = Io e -μTd

I2 = Io e -μod

C = log Io – 0,434 μTd - log Io + 0,434 μod

C = 0,434 d (μo – μT)

Obs.: é comum o uso de soluções contrastantes para visualizar melhor determinados órgãos:

BaSO4 estômago, esôfago, sistema gastrointestinal;

I (Hypaque) artérias


CONTRASTECONTRASTE

Ex.: Um feixe de R-X de 80 kVp com filtro de 2 mm Al é dirigido para uma região do braço, onde uma artéria de 1 mm de espessura contém Hypaquecomo contrastante.

- Qual % de fótons que atravessa 8 cm de tecido mole do braço?

- Qual % de fótons que atravessa uma região adjacente contendo a artéria? Ela será visualizada?

Imagem das 1as angiografias (1896): injeção de compostos de mercúrio “post-mortem” (Haschek & Lindenthal - Viena)Imagem das 1as angiografias (1896): injeção de compostos de mercúrio “post-mortem” (Haschek & Lindenthal - Viena)


OUTROS SENSORES RADIOGRÁFICOSOUTROS SENSORES RADIOGRÁFICOS

Princípio: LUMINESCÊNCIA(conversão de λ: radiação invisível em luz)

FLUORESCÊNCIA (emissão em t ≤ 10-8 s);

FOSFORESCÊNCIA (emissão em t > 10-8 s)

Ex.:

Écrans reforçadores;

Telas fluorescentes;

Intensificadores de imagem


1. Écrans reforçadores (telas intensificadoras)1. Écrans reforçadores (telas intensificadoras)

Usadas para reduzir a dose no paciente;Classificadas em: rápidas, médias, lentas;

capa

Cristais CaWO4

Base de fibra de celuloseCamada base

Camada de fechamentofilme

Fator de intensificação da tela

FI = Ds / Dc

DS : dose necessária p/ obter D.O. = 1,0 sem écranDC : dose necessária p/ obter D.O. = 1,0 com écran


Visualização de movimentos de estruturas internas;

Material mais usado: CdSO(Zn)

R-X

Tela fluoroscópica

paciente

Vidro Pb


2. Telas Fluoroscópicas2. Telas Fluoroscópicas

1a tela fluoroscópica

2a tela fluoroscópicafotocatodo

Feixe de elétrons

Sistema óptico (lentes)

paciente

R-X

Radiação Radiação tela tela luz luz fotocatodofotocatodo emite emite ee-- de intensidade de intensidade proporcional proporcional àà luz da tela luz da tela aceleraaceleraçção dos ão dos ee-- (~ 25 kV) (~ 25 kV) focalizafocalizaçção na 2ão na 2aa tela tela fluoroscfluoroscóópicapica luz de > intensidade luz de > intensidade

(amplifica(amplificaçção)ão)


3. Intensificadores de imagem3. Intensificadores de imagem

Tubo de TVTubo de TV


1a tela fluoroscópica

2a tela fluoroscópicafotocatodo

Feixe de elétrons

paciente

R-X

3. Intensificadores de imagem3. Intensificadores de imagem


OUTROS SENSORES RADIOGRÁFICOSOUTROS SENSORES RADIOGRÁFICOS

Princípio: FOTOELÉTRICO(conversão de λ: radiação invisível em corrente elétrica)

Fotodiodos;Detectores semicondutores (Si, Se, Ge)

Acoplamentos óticos com CCDs

Fotodiodos;Detectores semicondutores (Si, Se, Ge)

Acoplamentos óticos com CCDs

FOTODIODOSFOTODIODOS

-

+

IL

Modo Fotovoltaico

IL

RL

VO

VO = RL IL

RL

VO

VO = RL IL

Modo Fotocondutivo -

+Vi


ARRANJOS DE FOTODIODOSARRANJOS DE FOTODIODOSSEL5705 - Prof. Homero SchiabelSEL5705 - Prof. Homero Schiabel

Receptor tem formato semelhante ao chassi radiográficoTamanho cerca de 50 x menor que

sistema fluoroscópico convencional Resolução de até 16 bits de níveis

de cinzaDetector: arranjo de fotodiodos Si

e transistores de filme fino (TFT) acoplados a um cintilador de R-X (normalmente tela de Gd2O2S ou CsI-Tl diretamente depositado no arranjo de Si)

ARRANJOS DE FOTODIODOSARRANJOS DE FOTODIODOSSEL5705 - Prof. Homero SchiabelSEL5705 - Prof. Homero Schiabel

http://www.ultrasonic.de/article/wcndt00/papers/idn382/idn382.htm

Emissão do cintilador: na faixa de 550 ηm (pico de eficiência dos fotodiodos)

RR--XX

cintiladorarranjo de foto-

diodos de SiPlaca base

Placa ADC“drivers”

para placa de leitura

(ou CCD)


ARRANJOS DE FOTODIODOSARRANJOS DE FOTODIODOS

http://www.e-radiography.net/radtech/f/flat_panel.htm

Fóton de R-X

Luz visível


FLAT PANEL DETECTORSFLAT PANEL DETECTORS

http://www.itechnews.net/2008/07/page/7/

http://www.shawinspectionsystems.com/products/detectors.htm

Varian

Thales Flat panels

http://www.gizmag.com/samsung-digital-x-ray-detector/8396/picture/40176/

Samsung

Canon

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