TOMOGRAFIA COMPUTADA

Prof. Villanueva Jair MsC - 2014

PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRNICA

Tomografa Computada (CT Scan) Tcnica de imgenes basada en los rayos X. Crastica Principal: Imagenes son formadas a traves de infinitas

proyecciones.

Origen CT Desarrollo matemtico Radon (1917) La idea fue generalizada por Cormack (1963) Primer CT scanner realizado por Hounsfield (1971)

Origen CT

a) EMI mark I Scanner (EEUU, 1973) Image

Origen CT

Siretom CT Image128x128 pixelAcquisition time :1-4 hoursComputation:1-5 days

CT Scan512 x 512 pixelAcquisition time0.35 secComputation:1 sec

Actual CT Scan

Procedimiento CT Scan

Obtencin de la Imagen

a) Imagen de Radiologa Convencional

B) Imagen de Tomografa Computada.

Componentes de CT Scan Gantry es una apertura central, en el cual el

paciente se move durante el estudio. Tubo de Rayos X, fuente que produce un beam

de rayos X que pasa a travs del cuerpo paraformar la proyeccciones;

Detector, arreglos que convierte lasintensidades de radiacin en valores deproyeccin, en cantidades elctricas. Por logeneral, todo el conjunto de detectores girasincrnicamente con el tubo de rayos Xalrededor paciente.

Table permite acomodar al paciente endiferentes posiciones.

Gantry

TCT Scanner Toshiba 64

Diseo de CT Scanner Sistema de proyeccin tubo detector Un sistema de proyeccion usando un haz de radiacin paralelo

Sistema de haz paralelo estrecho (2mm) Sistema usando un haz de radiacion en forma de abanico

Sistema de haz de abnico Sistema usando un haz de radiacin en forma de cono

Sistema de haz de cono.

Principio BsicoLa Tcnica:Reconstruccin de una imagen a partir de las mltiplesproyecciones realizadas a un objetos midiendo su coeficiente deatenuacin. Se obtiene una imagen retroproyectada.Mejorar: Tiempo de generacin del rastreo Reduccin de dosis de radiacin Tiempo de computo de la recontruccin

1 Generacin CT Scanners Haz estrecho (2mm). Movimiento de translacin- rotacin.

Sistema de proyeccin de rayos paralelos Dos componentes: sistema un tubo- un detector.

acoplado rigidamente. movimiento lateral para hacer una sola proyeccin . movimiento circular para tomar todas las proyeccionesRecontruccin de la imagen: das

Muy lento (5 min/slice)

1 Generacin CT Scanners EMI Mark I (Hounsfield) escner de rayos

paralelos (haz colimado) excelenterechazo de dispersin, ahora obsoleta.

180-240 ngulo de giro en pasos de 1 Se utilizaba para la CT cabeza Un estudio 12- 15 cortes (2Horas) 1 Corte son 180 proyecciones T explora: 5 min, T reconstruccin: 2H/corte Resolucin: 80x80 pxeles (3x3 mm) Espesor:13 mm rebanada. Image EMI Mark I

2 Generacin CT Scanners Haz forma de abnico (10) Mov. translacin/rotacin. Arreglo de 3-52 detectores

Rotacin del tubo cada 30 6 proyecciones para formar un corte, Resultado la reduccin del nmero de

proyecciones necesaria para recontruir laimgen 300seg,

Mayor velocidad, scan time: 30seg Estudios de 12 cortes en 10 min. Aprovecha la potencia de los rayos X.

3 Generation CT Scanners Eliminacin del movimiento lateral Haz Abnico or rotacin continua. Haz de radiacin (40-60) para

abarca todo el objeto. Mayor de nmero de arreglos de

detectores moviendose sincronamentecon el tubo (250 -1,000 detectors)

Time scan: 5s/slice Haz ancho cubre todo objeto T. adquisicin 20s Problema. Error de Calibracin Imagen ruido de alta fr.

4 Generacin CT Scanners Arreglo estacionario en forma de anillo de detectores (600 4800 de centello)

Tubo de rayos X Rotatorio. Time scan: 1seg/slice Diseo costoso Super formacin de artefactos

en la imagen y el ruido.

5 Generacin CT Scanners

Electron Beam CT: rayo de e- hacen un barrido a lo largo de cuatro placassemicirculares que rodean al paciente. 14 Fuentes de rayos X. Alta resolucin temporal 30ms a 100ms 3gb de datos en 20 seg. No fue comercial por el peso 15 toneladas Trayectoria limitada a un arco de 220

CT Espiral Scanners Escaneo con Haz abnico + Movimiento de mesa.

(muestreo en espiral) Imagenes de rganos en movimiento. Parmetro: Pitch= d/e (1 1.5) Recalentamiento del tubo a mayor

resolucin dio paso: Single-slice spiral CT scanner (SSCT) Multi-slice spiral CT (MSCT)

8-34 rows of detectors Cone beam spiral CT (CBCT)

Posibilidad de incrementar el ancho de los arreglo dedetectores de16 or 320 elementos

Permiten tiempo de adquision simultanea encima de 256corte de imagenes adjacentes

Requiere de menos potencia del tubo. Rpido, de alta resolucin

CT Espiral Scanners

Actuales: CT Scanner

Tubo de Rayos X de Alta potencia. (a,b,c) and schematicillustration of a modern x-ray tube with a rotating anode disk

Flat panel Detector

(d), a detector unit of a 64-row CT system (e), and the realizationof a 41 41 cm2 at-panel detector with 2048 2048 pixels

Flat Panel

DETECTORES Requerimintos de los Detector: High efficiency to minimize radiation dose (>70%) Resolution (< 1mm) Linearity Wide dynamic range up to 10 Stable in time and temperature. Uniform gain to avoid ring artifacts. Two basic designs for CT detectors today: Ionization chamber Scintillation + photodiodes

Detectores de destellos Scintillation detector: Convierte los rayos en luz. En CT la luz es detectada por fotodiodos. This arrangement more sensitive than Xe

detector. Barras de ceramica o cristal. Las superficies pintadas con una pintura

metlica de reflexin de la luz.

Unidades de HounsfieldUnidades Hounsfield (UH)o "nmero de CT" son unidades deatenuacin coeficiente de atenuacin en relacin con el WATER a70KeV Objeto de un mismo material es ms oscuro en el centro que la periferia

Generaciones

Comparaciones

CT Installation Requerimiento de las salas de CT:

Debe tener plantas con adecuada capacidad de carga Paredes construidas con material de absorcin de rayos X (Ba) de yeso) Piso con material que es antideslizante y antiesttico Dispone de una sala de escner CT y radilogos;

Separados por la ventana de cristal especial de proteccin(que contiene plomo, Pb)

Elementos Fsicos CT Scanner Elementos Principales de un CT scanner:

Mesa para manipular el paciente. Sistema de adquisicin de datos que captura las proyecciones

de rayos X, (Tubo Detectores) Un computador para realizar clculos algortmicos para reconstruir y

analizar las imgenes de las proyecciones, Un consola de interfaz interactiva equipo usuario Cmara para producir una imagen en una pelcula similar a las

imgenes tradicionales de rayos X Dispositivos de almacenamiento de datos, cinta, disco

Diferencia entre Rayos X y CTRadiologa convencional: Registrar la intensidad del haz

atenuado al pasar a travs delobjeto

Objeto: no presenta densidaduniforme.

Detector de RX: capta la atenuacintotal de los RX, pero no discriminalas diferencias de densidad delobjeto.

Tomografa computada: Exploracin cuantitativa de las

diferentes densidades del mediobiolgico.

Detecta diferencias de contrastemenores al 1%.

Para un medio no uniforme:1 = 32 = 1T = 1 + 2 = 4

Para un medio uniforme:1 = 2 = 2T = 1 + 2 = 4

Problema de Reconstruccin de Imagen Para una imagen de NN, Tenemos N2 de estimaciones

desconocidas. Gran nmero de ecuaciones En la mayoria de caso se resuelve el problema como un sistema lineal. Caso ms sencillo cuando los datos adquiridos se corresponden

directamente con los puntos de la imagen (es decir, la matriz del sistemalineal diagonal).

Reconstruccin de la Imagen Vxel: info. Volumtrica x,y,z, Cada Vxel tiene una atenuacin no

homogenea. La intensidad de rayo que alcanza el

detector Ix depende de la distanciaatravesada x y la atenuacin x decada punto de la trayectoria.

P(x) depende de la atenuaciones decada regin del objeto.

El detector registra p(x), sealunidimensional para cada ngulo .

Se obtiene una matriz p(x, ), Se obtiene una imagen bidimensional. Cada pixel tiene por un valor aprox.

De su atenuacin,

Rebanada Anatmica(Vxel)

Imagen Reconstruida(Pixel)

VocelPixel

Ley de Beer - Lambert

Proyecciones

Reconstruccin de la Imagen

Mtodos de asignacinProblema de Reconstruccin: Asignar la atenuacin para cadavoxel que se utiliz para discretizar el objeto, dadas lasproyecciones p(x, ).

Solucin:Mtodos analticos: Solucin de sistemas de ecuaciones lineales RetroproyeccinMtodos iterativosAlgebraic Recontruction Technique

0 1 000

11

00

0 0 000

30

00

0 0 000

00

00

0 1 010

21

10

0 3 0

0

30

030

1 1 010

31

11

ImageVerdadera Datos deProyeccin

SolucinInicial Iteracin hasta alcanzar valor cercanos

Ejemplo Back-Projection

Tcnica de Reconstruccin Algebrica(ART) Se supone una distribucin homogenea de atenuaciones,

ignorando la naturaleza estadistica. Menos compleja que el mtodo analtico

En lugar de tomar el volver-proyectar el valor promedio de rayosback-projecting, se utiliza el error entre la proyeccin calculado apartir de la estimacin actual.

NyxIyxPUpdateyx

/)),(),()((,

Update: (True Projection Estimated Projection) divided overall points in the projection path

Ejemplo de ART

4 5 644

55

66

1 2 347

58

69

0 0 000

00

00

1 2 347

58

69

12 15 18

6

1524

81512

1 2 347

58

69

TrueImage

Projection Data

InitialSolution

Iterate until sufficient accuracy is achieved

CT Image Artifacts Examples of CT artifacts: streak artifact (A), motion artifact

(B), beam-hardening artifact (C), ring artifacts (D and E), andbloom artifact (F)

Covered Material

Thank For your attention !!!Any Questions

Artefactos fantasmadebido a la calibracindel sistema tubo detectores.