Componentes Tomografía Computada PDF

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apuntes de clase cristian cabrera año 2020
Universida andres bello...

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Clase 2 Componentes en TC Componentes Tomografía Computada      

El Hardware está relacionado con: Gantry y la camilla: estos se consideran como una única unidad porque tienen que estar coordinados en el momento de la adquisición, como unidad electrónica se considera como único concepto Sistema computacional (IRS): finalmente los datos se transforman en una señal digitalizada y esta señal se transforma en una imagen por procesos matemáticos Consola de Trabajo Sistema de grabación y archivo de imágenes Estación de trabajo Esquema General Ingeniería

Existe una conexión en el movimiento de la camilla respecto a los detectores y el tubo dentro del gantry para cumplir el concepto de pitch en una adquisición helicoidal o en el caso del no desplazamiento en una determinada posición al hacer un estudio secuencial

Gantry Es de distintas formas y características General Electric VCT   

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Matriz detectores simétricas de 64 filas de 0.625 mm. Cobertura 40 mm. Tubo rayos Performix (Pro) 9,6 MHU  capacidad calórica elevada, soporta gran cantidad de energía y sigue produciendo rayos X de forma continua. Tiempo rotación 0.35 seg. Reconstrucción 16 ips alta resolución (matriz 512x512) Resolución Isotrópica de 0.35 mm. Smart mA, Auto mA. (regulación de dosis)

Características Especiales     

Matriz simétrica con microvoxel de 0.35 mm. Detectores solidos de centelleo Hi Light con eficiencia intrínseca de 99,8%  fotones que llegan a la superficie del detector, el 99,8% son absorbidos para generar la imagen Diodo Retroiluminado escalable  permite hacer más eficiente la transformación de información en una señal eléctrica. Interconexiones de alta densidad. DAS Volara XT (16 ips en 512)

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Clase 2 Componentes en TC Somaton Sensation 64 Siemens 

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Matriz detectores 32 filas de 0.625 mm  tiene 32 canales, tienen herramienta de doble muestreo en Z, pero su cobertura en Z es de 20 mm, es más lento. resolución Isotrópica 0.33 mm. Tubo Straton 1,2 MHU capacidad calórica Cobertura 20 mm. Tiempo rotación 0.33 seg. Generador 80 KW, 5.0 MHU de enfriamiento  su tasa de enfriamiento es muy alta, dentro de tubo hay aceite refrigerante. Care Dose 4D  herramienta de modulación de dosis

Philips Brilliance 64   

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Matriz Simétrica de 64 filas de 0.625 mm. Cobertura 40 mm. Tubo rayos X MRC de 8MHU. o Ánodo Segmentado. o Punto Focal Inteligente resolución isotrópica 0.34 mm. Nano panel de detectores. Tiempo rotación 0.4 seg. Z- Doom.

Toshiba Aquillion 64      

Matriz simétrica 64 filas detectores de 0.5mm (Quantum III)  detectores más finos del mercado Cobertura 32 mm 310 mm Resolución isotrópica. Tubo de Rayos X Megacool V.7,5 MHU. Tiempo rotación 0,4 seg. 3D Quantum Denoising.

Que es el Gantry? Contiene el tubo de rayos X, el sistema de detección de los rayos X, pero también tiene otros elementos orientados al desarrollo de la tecnología helicoidal, donde los cables internos no existen porque la alimentación es a través de un transformador de alta frecuencia. Existe un inversor de voltaje, uno de alto y otro de bajo voltaje y el transformador de alta frecuencia. Un sistema de antenas que va entre el tubo y el generador, y el tubo y el inversor que permite que no exista ruido electrónico que pueda afectar la estabilidad en la producción de los rayos X. dentro del gantry también existe un sistema de refrigeración. Por lo tanto el gantry es el soporte físico elementos de rotación, emisión y adquisición de información. Y también es la abertura para estudiar región anatómica del paciente. Los diámetros del gantry van desde 60 cm de diámetro a 90 cm de diámetro (tipo de paciente, obesidad, pacientes de veterinaria, estudios de planificación de radioterapia). Tubo de Rayos x es distinto al de radiología convencional

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Clase 2 Componentes en TC El gantry también tiene la característica de angularse, se puede angular ± 30°, así se puede irradiar la estructura de interés siguiendo su eje anatómico, si se angula mucho el gantry esta angulación puede distorsionar la imagen y la fuerza G puede causar fatiga de material, por lo que sale más conveniente angular al paciente en muchos casos

Camilla   

Sistema electromecánico Sensibilidad a la carga  120 a 140 Kg la camilla se moverá de forma precisa hasta este peso máximo, algunos llegan de una exactitud de 190 Kg. Alta exactitud de desplazamiento  movimiento submilimétrico Sistema de til ió

Inversor de b j lt j

Tubo de X

Sistema de d t t

Generador de alta frecuencia

Inversor de

Sistema de detectores: parte central llamada sancha(?, se pueden tener muchas filas de detectores en el caso de un equipo multicorte, si veo que esta parte es más ancha el equipo tiene varias filas de detectores en el Z. El inversor de alto voltaje energiza el generador de alta frecuencia y el de bajo voltaje todo el resto de las estructuras presentes en el gantry TUBO RAYOS X Energía utilizada

Si usamos los mismos parámetros técnicos, al usar una emisión continua, la energía requerida es 3 millones de Joules.

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Clase 2 Componentes en TC En los tubos de rayos X requieren que la energía necesaria para producir los rayos se mantuviera constante, la emisión de rayos X se produce cuando se está en el Peak de la curva, en la parte baja de la curva no hay producción, como antes los equipos tenían adquisición discreta, no era importante el desfase entre una emisión de rayos y otra, a medida que los equipos pasaron a la tecnología helicoidal, este peak de onda debería mantenerse.

% de Rizado En tomografía se usaban equipos trifásicos donde se generaban 6 pulsos, en donde tengo un porcentaje de rizado del 12%, este porcentaje se refiere a la información no utilizada para producir rayos X, en un equipo trifásico de 12 pulsos, al estar las ondas superpuestas, el porcentaje de perdida de información es mucho menor 3,4% de rizado En un generador de alta frecuencia, utilizado en los equipos de tomografía donde se utiliza una emisión continua de radiación en el modo helicoidal, tiene un porcentaje rizado cercano al 0%, un continuo peak de las ondas, y por lo tanto un continuo en la producción de los rayos X

mA afecta resolución de contraste y la dosis capacidad calórica  asociada a valores de mA, equipos de capacidad calórica alta van de los 10 a 900 mA, en cambio equipos de 3,5 MHU alcanzan a los 400 mA tamaño punto focal está asociado a la corriente y lo determina el equipo

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Clase 2 Componentes en TC

Tubo de los mejores del mercado, características de enfriamiento a partir de la carcasa

Sistema de Refrigeración   

Aire Aceite Agua

Generalmente el sistema de enfriamiento es de afuera hacia adentro, en cambio del tubo Statron de Siemens (cabe en la mano), tiene una capacidad calórica baja, pero con una alta tasa de enfriamiento, porque el ánodo está inmerso en aceite refrigerante Double Z Sampling Se genera una doble lectura, doble imagen y por lo tanto en un equipo de 32 canales genero 64 cortes, con mejor resolución espacial, pero menor cobertura en el Z 

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Permite un muestreo adecuado para el Teorema de Nyquist.(Dz=S/2) en el isocentro.  mientras más datos yo colecciono, el resultado de la imagen será de mejor calidad, la forma de obtener mejor calidad de imagen es obtener más muestreo. El doble muestreo pasa por la lectura de los detectores. Utiliza un movimiento periódico del punto focal en el eje Z, por deflexión del haz de electrones. Medición de cortes sobrepuestos por fila de detector, por lo tanto cada 2 lecturas de 32 cortes se combinan en una proyección de 64 cortes, con una distancia de muestreo de S/2 en el isocentro.

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Clase 2 Componentes en TC Filtros y Colimadores Los filtros y colimadores pre - paciente se encuentran a la salida del tubo de rayos X Los colimadores post paciente están delante de los detectores

Los colimadores pre y post paciente están hechos de materiales distintos y con grosores distintos porque interactúan con energías distintas  post paciente hechos de tantalio

Ubicación de los colimadores y filtros Filtros más utilizados, doble cuña, porque en la periferia se absorben que no contribuyen en la imagen, y en el centro va a frenar los fotones de menor energía que contribuyen a la dosis

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Clase 2 Componentes en TC Filtros El haz no llega a ser monoenergético (monocromático) Trabajo con energía similar del haz de fotones

Filtración inherente: 3mm equivalente aluminio Filtros planos: 0,1 - 0,4 mm de cobre Filtros en cuña: elementos de bajos Z (teflón)

La filtración es muy importante en el criterio de calidad de imagen de uniformidad. Esta imagen está hecha en un fantoma con valores de coeficiente de atenuación similares, el resultado en la imagen B el fantoma es el más cercano al fantoma, en la imagen A tenemos una imagen muy heterogenea, esto es porque el equipo no filtró fotones de baja energía. Al no funcionar adecuadamente, estamos aumentando la dosis al paciente y en el resultado de imagen desde el unto de vista patológico podemos mal interpretar la imagen con lesiones malignas. Filtros en cuña modificables a medida que la camilla va avanzando y va cubriendo diferentes estructuras, la filtración del haz se modifica respecto si necesita mayor o menor endurecimientos, tambien posee un sistema de colimación inteligente Detectores Son aquellos que captan los fotones de rayos X que no fueron absorbidos por la estructura de estudio y por lo tanto nos genera una señal  tienen esta disposición en los equipos de tercera generación, en equipos de cuarta generación se encontrarían en los 360° por fuera del tubo. Las características de estos son:    

EFICIENCIA TIEMPO RESPUESTA LINEALIDAD EFICIENCIA GEOMETRICA

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Clase 2 Componentes en TC  HISTERESIS DETECTOR (resistencia del detector como material, porque este continuamente tiene cambios moleculares, produciendo fatiga) EFICIENCIA: De Captura: capacidad del detector de captar en su superficie los fotones transmitidos por el paciente. Depende de área incidente del detector y de la distancia entre detectores.  es un haz divergente, por lo tanto la superficie del detector debe tener la forma de la divergencia. Fotones llegan también a los septos, si hay muchos septos, por que hay mucha perdida de información

La separación de los detectores debe ser lo más estrecha posible (lámina de tungsteno), en la profundidad del detector hay material reflectante para que no se pierda la energía

De Absorción (intrínseca): capacidad del detector de absorber los fotones incidentes. Depende de numero atómico, densidad y área del detector(espesor). TIEMPO RESPUESTA : tiempo necesario para que el detector pueda captar el evento de rayos X (respuesta o velocidad primaria), y además el tiempo que toma recuperarse para ser capaz de captar el siguiente evento (afterglow).  recuperación del tiempo molecular basal LINEALIDAD (Rango Dinámico): es la capacidad del detector de captar en forma constante las características de los fotones incidentes y absorbidos. Si el detector puede medir una señal de un micro ampere antes de saturarse y discriminar señales de un nano ampere, este debe mantener ese grado de linealidad en el resto de los rangos.  Capacidad para discriminar la señal de un fotón que está relacionado con su interacción con un determinado coeficiente de atenuación lineal EFICIENCIA GEOMETRICA: capacidad de los detectores (fundamentalmente matrices) de disminuir el número de septos o espacios entre detectores por los cuales existe perdida de información.  razón porque los detectores tienen matrices asimétricas, casi todas las empresas a excepción de siemens usan matrices simétricas primeros detectores que se usaron eran de cristales sólidos asociados a un fotomultiplicador que se transforma en una señal eléctrica (detectores de medicina nuclear). Luego se usaron detectores gaseosos, en estos al llegar el fotón se generaba una ionización, en donde unas placas metálicas la transformaban a una señal eléctrica. Finalmente llegaron los detectores cerámicos de centelleo (utilizados actualmente), tiempo de respuesta corto que permite captar un fotón tras otro.

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Clase 2 Componentes en TC

Detectores Gaseosos     

Cámaras de Ionización que usan gas xenón o kriptón Gas Ionizado causa que los electrones se unan a placa Tungsteno creando señal eléctrica. El gas se ioniza proporcional a radiación incidente 100% utilización efectiva de energía Detectores de eficiencia intrínseca 50-60%  la imagen se degrada y tendrías que aumentar la dosis

Detectores de estado sólido    

Usa

Ioduro

Cristal de centelleo unido a un fotomultiplicador Utilizado en primeras generaciones de TC Tiempo de Respuesta elevado de Sodio, Tungstato de Cadmio, Ioduro de Cesio

Detectores Estado Solido‐cerámicos     

Fueron desarrollados por siemens bajo el nombre de UFC (ultra fast ceramic) Oxido sulfuro de Gadolinio: tiempo de respuesta 1 millonésima de segundo. Mayor resolución espacial Mayor eficiencia intrínseca Mayor eficiencia geométrica

Nano Detectores Sistema de doble energía o conteo fotónico desarrollado por phillips, tiene dos capas de detectores que discrimina fotones de alta y baja energía. Permite obtener imágenes de muy buena calidad, disminuir la dosis del paciente, y aumentar aún más la eficiencia intrínseca del haz cónico

Características Especiales   

Reconstrucción 3D Haz Cónico. Detector Nano panel. Detector Dose Wise.

Nuevas matrices  la orientación del sistema de detectores es siguiendo la divergencia en el X y en el Z, la superficie de captura es mucho mayor, dentro de los detectores tiene sistema colimación post paciente, reduciendo radiación dispersa y doble sistema de detectores en el nano panel que discriminan los fotones de alta y baja energía

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Clase 2 Componentes en TC

Nuevos Detectores de Centelleo Por más de 30 años el desarrollo de materiales de detectores se basó en cristales solidos(NaI) y gaseosos de gases nobles, y cristales de GdSO. Diferencias en cuanto a eficiencia intrínseca, tiempo de respuesta de conversión de rayos x a luz, tiempo de luminiscencia, estabilidad y uniformidad. Desarrollados por General Electric, utilizando una película de carbono (grafeno), teniendo una mayor radiotrasparencia, mayor resistencia entre átomos de carbono aumenta la velocidad porque se activa con Cerio. Gemstone Spectral Imaging (GSI)  tienen la ventaja sobre el GdSO que es mucho más rápido y mayor eficiencia extrínseca Sistema Detector GEM    

Nuevo material de centelleo en 20 años. Cristales Cúbicos granates de “piedras preciosas”. Se utiliza Cerio para un efecto multiplicador en la velocidad de respuesta y en la emisión de espectro. Otros elementos de tierras raras pesadas para aumentar efecto de frenado del centelleo, para mayor eficiencia de detección de los cuantos.

Características

640 Canales    

Toshiba ,combinación matriz 320 (0.5 mm) y tecnología de doble punto focal flotante. Philips desarrollo Nano detectores con conteo fotónico. General Electric desarrollo Espectrografía en TC. Siemens Nanotubos de Carbono.

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Clase 2 Componentes en TC

Sistema Adquisición Datos (DAS) DAS:   

Decodifica Señal Detectores (Conversión señal a Digital y amplificación). Ordena las lecturas de datos binarios en Matriz. Recibe y envía hasta 4 Gb/seg.

Información se transforma en números binarios, luego esta se dirige hacia el IRS IRS (Sistema Reconstrucción Imagen):   

Asigna logaritmos de reconstrucción. Interpola datos volumétricos para formar imágenes. Reconstruye a una tasa de hasta 24 imágenes/seg.

 proceso matemático de transformación de números binarios a una imagen Este sistema de adquisición de datos ha ido evolucionando a través del tiempo y va de la mano con el avance computacional. Ahora son microchips, en donde la información se amplifica y luego se envía a través de un sistema de antenas. Una vez que se digitalizan estos datos se transmiten en el IRS donde se guardarán finalmente como números binarios (RAW data). estos números binarios se expresan en Byte Cada imagen se expresa en estas unidades

Bit     

Numero de valores numéricos únicos Definido como 2ⁿ, siendo n, la profundidad del bit. 2 bit: 2ⁿ = 2 12 bit: 2ⁿ = 4096 (TC) 16 bit : 2ⁿ = 65535 (Radiología Digital)

Conceptos Generales Imágenes digitales Para una imagen de TC de 12 bit, de 512*512, adquiridas con un display field of view de 36cms.  

Cuantos pixeles hay en esta imagen?  512*512 = 262.144 pixeles Cuáles son las dimensiones de cada pixel? Se relaciona la resolución espacial = DFOV/Tamaño matriz  0,7 mm

Sistema Conexión Electromecánico Gantry En este se hizo el cambio del modo secuencial al modo helicoidal, porque en el modo secuencial no se podía rotar todos los elementos contenidos en el gantry, porque existía un sistema de cables. Para poder dar el paso del modo secuencial a helicoidal se tuvo que quitar e incorporar sistema de anillos deslizantes o slip rings Anillos Deslizantes (Slip Rings)

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Clase 2 Componentes en TC Este sistema esta formado por cables de cobre, en donde los más gruesos son los que permiten energizar el sistema de los distintos elementos de éste, y la energización viene dada por inducción electromagnética. Se eliminan los cables que energizaban desde el exterior a los elementos electrónicos contenidos. Los cables más delgados transmiten la información desde el DAS hacia el sistema de antenas en el gantry que transmiten la información al IRS

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Sistema de conexión electromagnético  energiza cables Elimina Sistema de cables dentro del Gantry. Permite el Surgimiento de nueva técnica de adquisición de datos en forma continua.  técnica helicoidal

Consola de Trabajo   

Sistema GAIDS (sistema de despliegue de imágenes y gráficos alfanuméricos). Procesador, procesa los datos explorados y los datos de imágenes para crear imágenes axiales. Recibe gracias al IRS las imágenes y las despliega en el monitor, podemos reconstruir las imágenes creadas en el IRS

Sistema de Grabación y Archivo      

Disco Duro. Tape Magnéticos. Disco Magnético óptico MOD. Disco Compacto. Películas. DVD.

Estación de Trabajo   

Post proceso de imágenes. Archivo. (image data) visualización.

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