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FISICA DE IMAGENES

PRESENTADO POR: JHON ARIS PEREZ CUELLO

TUTOR: CESAR FARID RODRIGUEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD CARTAGENA 2020

1. Diseñar una línea de tiempo con la historia del TC teniendo en cuenta desde el descubrimiento del TC hasta los últimos avances de los TC multi corte

2. Explicar las generaciones y como fue la evolución del TC desde el primer tomógrafo creado por Housfield con ayuda de la disquera EMI hasta los TC multi corte Empecemos hablando de la creación del primer escáner creado ´por el físico A.M CORMAN y un ingeniero ingles llamado GODFREY N. HOUNSFIELD. Demostrando que podía determinarse coeficientes de absorción de una estructura plana y medir desde un número determinado de direcciones. Se trascurría el tiempo y atravez del programa Emi en su laboratorio inicio sus investigaciones sobre el reconocimiento y técnicas de almacenamiento de datos en el ordenador con el tiempo se construyó el escáner Emi que fue la base para el desarrollo del tac como una máquina que unía el cálculo electrónico ala técnicas de los rx. Todos estos avances para así crear el primer Tc que solo estudiaba la cabeza. Hasta llegar a la actualidad la TC que utiliza multicorte para estudia de cualquier órgano o parte del cuerpo.

Escáner de primera generación: Es la primera descrita y su funcionamiento se basa en una geometría del haz de rayos X paralelo y movimientos de traslación-rotación en un tubo de rayos X y un solo detector; de manera que para obtener un corte topográfico son necesarias muchas mediciones y por tanto, muchas rotaciones del sistema tubo-detector. Esto hace que nos encontremos con tiempos de barrido muy amplios (entre 4 y 5 min por corte).

Escáner de segunda generación: En esta generación se montan 30 detectores, con lo que se reduce considerablemente el número de rotaciones (de 180 a 6) y por tanto, el tiempo de barrido, que pasa a ser del orden de entre 20 y 60 s, basado igualmente en una geometría del haz de rayos X en forma de abanico y movimientos de traslación-rotación. Se diferencia de la primera generación por el aumento del número de detectores (alrededor de 30) y un tubo de rayos X que genera múltiples haces, cada uno de los cuales incide en un único detector del arreglo. La geometría resultante describe un pequeño abanico cuyo vértice se origina en el tubo de rayos X. El procedimiento de adquisición sigue siendo el mismo. Después de cada traslación, el tubo de rayos X y el arreglo de detectores rotan, repitiéndose nuevamente el proceso de traslación Escáner de tercera generación: A diferencia de las dos generaciones anteriores, en ésta aparece un conjunto de detectores que forman un arco móvil que, junto con el tubo de rayos X, describen a1 unísono un giro de 360° alrededor del paciente, eliminando el movimiento de traslación de las dos primeras generaciones. Este se basa en una geometría del haz de rayos X en forma de abanico y rotación completa del tubo de rayos X y de los detectores (Fig. 1.3). A medida que estos rotan, son obtenidos los perfiles de cada proyección. Por cada punto fijo del conjunto tubo-detectores se obtiene una vista. Se le adiciona una rejilla de tungsteno entre cada detector, enfocada hacia la fuente de rayos X, que rechaza las radiaciones secundarias. Este sistema reduce el tiempo de barrido de forma considerable de 3 a 10 s, dependiendo de la firma, llegando en algunos equipos, incluso, hasta 1 segundo. Escáner de cuarta generación: Esta generación presenta un anillo de detectores fijos y es el tubo de rayos X el que gira en tomo al paciente, mejorando de forma notoria el ajuste de los detectores. Se basa en una geometría del haz de rayos X en forma de abanico, con rotación completa del tubo de rayos X dentro de un arreglo de detectores estacionarios de 360°, compuesto por entre 600 y 4 800 detectores independientes (dependiendo del fabricante)

Escáner de quinta generación: En esta clase de TC hay múltiples fuentes fijas de Rx que no se mueven y numerosos detectores también fijos. Son muy caros, muy rápidos y con tiempos de corte cortísimos. Apenas se utilizaron en ningún lugar el mundo excepto en EEUU.

Escáner de sexta generación: Se basan en un chorro de electrones. Es un cañón emisor de electrones que posteriormente son reflexionados (desviados) que inciden sobre láminas de tungsteno. El detector está situado en el lado opuesto del Gantry por donde

entran los fotones. Consigue 8 cortes contiguos en 224 mseg. Apenas se utilizaron en ningún lugar el mundo excepto en EEUU, eran carísimos y enormes, poco útiles.

TC Helicoidal: En estos sistemas el tubo de rayos x y los detectores se montan, sobre anillos deslizantes y no se necesitan cables para recibir electricidad o enviar información recibida. Esto permite una rotación completa y continua del tubo y detectores, tras la camilla de exploración, se desplaza con una velocidad constante.

El haz de rayos x traza un dibujo en forma de hélice sobre la superficie del paciente, mientras se adquieren inmediatamente los datos de un volumen de su anatomía, por esto se denomina TC volumétrico o helicoidal. Las imágenes o cortes axiales se reconstruyen a partir de los datos obtenidos en cada uno de los ciclos del TC helicoidal, también puede funcionar como un TC convencional. Fue introducida por Siemens en el año 1990, actualmente casi todos los equipos de TC que se venden son helicoidales, los tiempos de exploración son de 0.7 y 1 sg por ciclo.

3. Que elementos componen el Sistema de adquisición DAS y describa cada una de los elementos y la función que cumplen. Empecemos hablando que es el das es el sistema donde se almacenan los datos, el encarado de medir y digitalizar la señal proveniente de los detectores, luego digitaliza esta señal y por ultimo potencia la parte rotatoria la conforman las siguientes partes: Sensores o Transductores: es el encargado de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, es decir detecta un cambio en el entorno y responde a alguna salida en otro sistema

Acondicionadores de Señal: es el que lleva el proceso de adquisición de información o datos que se llevan a cabo es decir convierte un tipo de señal eléctrica o mecánica (señal de entrada) en otra (señal de salida) Detectores: su principal función es transformar los rayos x atenuados en energía eléctrica Ordenador: es el encargado de reconstruir las imágenes, las cuales son muy potentes y demoran pocos segundos El temporizador: es el encargado de controlar el tiempo necesario para los procesos de cada adquisición Visualización de imagen: cumple como función mostrar las imágenes generadas por el equipo

4. Hablando de la formación de la imagen en TC defina Atenuación de la radiación: son los fotones de alta energía pasan a través del material, su energía disminuye. Esto se conoce como atenuación. La teoría de la atenuación también es válida para rayos X y rayos gamma. Resulta que los fotones de mayor energía (rayos X duros) viajan a través del tejido más fácilmente que los fotones de baja energía (es decir, los fotones de mayor energía tienen menos probabilidades de interactuar con la materia). Gran parte de este efecto está relacionado con el efecto fotoeléctrico. La probabilidad de absorción fotoeléctrica es aproximadamente proporcional a (Z / E) 3, donde Z es el número atómico del átomo de tejido y E es la energía del fotón. A medida que E crece, la probabilidad de interacción disminuye rápidamente. Para energías más altas, la dispersión de Compton se vuelve dominante. La dispersión de Compton es constante para diferentes energías, aunque disminuye lentamente a energías más altas. Unidad Hounsfield o unidad TC: es el número asignado a cada pixel en la imagen final de una tomografía computarizada (TC) y es la expresión de la densidad del objeto irradiado. Este número es proporcional al grado en que cada material dentro del voxel* ha atenuado el haz de rayos X, es decir que representa las características de absorción o el coeficiente de atenuación linear, de un volumen particular de tejido del paciente. Las unidades Hounsfield (denominadas de esta manera en honor al inventor Goodfrey Hounsfield) tienen un rango que va desde los -1000 a +1000, cada uno constituyendo un nivel diferente de densidad óptica. Esta escala de densidades relativas está basada en aire (-1000), agua (0) y hueso denso (+1000)

atenuación del agua destilada en Condiciones Normales de Presión y Temperatura (CNPT) se define como 0 unidades de Hounsfield (HU), mientras que la radiodensidad del aire en Condiciones Normales de Presión y Temperatura (CNPT) se define como -1000 HU, extendiéndose más allá de las 1000 HU asignadas al nivel de absorción del hueso compacto. Ventana y centro de ventana Cuando hablamos de ventana, nos referimos a toda la gama de densidades que se pueden identificar en un estudio de TC cuya gama en números Hounsfield va desde -1000 a +1000. El ojo humano solo es capaz de discernir entre aproximadamente 20 o 30 escalas de grises, por ello, la ventana la podemos cambiar para poder visualizar una gama determinada de grises. Podemos cambiar tanto el nivel de ventana como la anchura de la misma, dependiendo de la estructura que queramos estudiar.

Raw Data: Como 'Datos Raw' se conoce el contenido TOTAL de un bloque (sin ningún dato de subcanal). Los bloques existen en diferentes modos y tamaños, y solamente una fracción de su contenido es de datos útiles al usuario para almacenar (una vez extraídos) como archivos o carpetas. Los 'Datos Raw' también contienen los bytes de sincronismo, cabecera, subcabecera, y de comprobación para corrección de errores. Extraer Raw es realmente sólo útil en caso de que se precise extraer imágenes. Extraer archivos en forma Raw nunca es una buena idea, A MENOS QUE se necesite realizar una investigación de Ingeniería avanzada. Planos de corte Para poder hacer un buen estudio articular, ya sea mediante resonancia magnética o mediante tomografía computada, existen dos cosas esenciales: la posición del paciente en la correspondiente camilla y los planos de corte tanto de adquisición como de reconstrucción. Hoy nos ocuparemos de los planos de corte. Debemos recordar que los planos son esencialmente tres: AXIAL, CORONAL Y SAGITAL. Pero cuando estamos ante una articulación determinada estos planos se refieren y se acomodan a esa articulación en particular y no se corresponden – la mayoría de las veces – con los planos del espacio, es decir, para obtenerlos, deben angularse adecuadamente acorde a la región. En el caso de la resonancia magnética el estudio debe adquirirse en esos planos, para lo cual se necesitan scouts o visualizadores correctamente angulados. Si los scouts están mal

alineados, todas las imágenes obtenidas lo estarán. Así que deben realizarse tantos como sean necesarios hasta obtener los tres planos de esa articulación para poder programar el resto del estudio. Es preferible tomarse el tiempo necesario para esto que apresurarse, dado que de ello depende todo el estudio. Es la representación gráfica de un plano vertical que corta al objeto, de la misma manera que un plano de planta es una sección horizontal, visto desde la parte superior. En la sección, todo se corta por el plano de sección.

Pixel

EL PIXEL: Es una matriz cuadriculada de elementos de imagen en la escala de grises (Píxel). Un Píxel representa un elemento de volumen (Voxel) dentro del espesor de corte, y su tono gris corresponde al coeficiente de atenuación lineal promedio (µ) de ese volumen. Cada píxel representa un elemento de volumen del cuerpo llamado Vóxel.  Cada píxel en la imagen tiene un número asignado, el número mayor es el que aparece más luminoso en la imagen. La imagen es almacenada en el computador como una matriz de números. y los

tamaños de matriz en la actualidad son 256 * 256, 512 * 512, 1024 *1024 …..? El tamaño del píxel está determinado por el diámetro de la imagen y el tamaño de la matriz. Recordarlo cuando veamos FOV

Vóxel: Es la unidad cúbica que compone un objeto tridimensional. Constituye la unidad mínima procesable de una matriz tridimensional y es, por tanto, el equivalente del píxel en un objeto 2D.

Para crear una imagen en tres dimensiones, los vóxeles tienen que sufrir una transformación de opacidad. Esta información da diferentes valores de opacidad a cada vóxel. Esto es importante cuando se han de mostrar detalles interiores de una imagen que quedaría tapada por la capa exterior más opaca de los vóxeles.

Matriz de reconstrucción Representan al conjunto de píxeles usados en la reconstrucción de la imagen ordenados en filas y columnas. Son usados por la mayoría de los sistemas de imagen digital de RX ofrecen tamaños de matrices de 512 x 512 o bien de 1.024 x 1.024. A mayor tamaño mayor es la resolución espacial. El conjunto de píxeles usados en la reconstrucción de la imagen ordenados en filas y columnas.

5. Explique las tres formas de adquisición de la imagen a. Localizador (topo grama o scout): es una técnica de imagen que nos proporciona los cortes deseados de la zona a estudiar. El tomograma para realizar el topograma el gantry debe tener 0° de angulación. La imagen resultante se visualiza en el segmento topo (segmento superior izquierdo) de la tarjeta de tareas examen se utiliza: para planificar los rangos de exploración y los rangos de reconstrucción, para observar el progreso de una exploración activa de tomograma, y para aumentar los cortes reconstruidos con una imagen de vista general del examen (líneas de referencias).

b. Adquisición secuencial: en esta técnica el tubo rota 360° mientras irradia, completando la vuelta se detiene la irradiación, avanza la camilla, mientras esta avanza el tubo no se mueve ni irradia. Gira nuevamente mientas obtiene el segundo corte y así sucesivamente, luego Se logra una serie de cortes con un interespaciado entre ellos. O adquisición corte a corte.

c. Adquisición helicoidal: con esta técnica obtenemos las mejores imágenes de las estructuras anatómicas que implican los movimientos respiratorios y cardiacos, por lo tanto es la ideal para el estudio del tórax. Cuando se comienza un examen, el tubo de rayos X gira en forma continua. Al mismo tiempo en que se produce este giro, la camilla junto con el paciente se desplaza a través del plano de rotación del haz de rayos X. Si el avance de la camilla se coordina con el tiempo requerido por cada rotación de 360°, la adquisición de datos será completa e ininterrumpida.

6. Explique en qué consisten las matrices de detectores de un equipo de TC Y que clases de detectores se utilizan Las matrices de un equipo de TC consisten en medir la energía depositada en ellos después de ser impactados por los fotones de Rx que han atravesado el cuerpo del paciente. Esta energía la transforman en corriente eléctrica que llegara al ordenador y será cuantificada por un sistema electrónico. Los detectores que se utilizan son:  Detector de Cristal de Centelleo (primeras generaciones)  Detector de gas o de cámara de ionización (3ª generación)  Detectores sólidos o detectores semiconductores (en los equipos de 3ª generación en adelante y en TAC helicoidal). 7. Que es una matriz de reconstrucción en la formación de la imagen Es una reconstrucción bidimensional de un plano tomografico de un objeto, cada imagen en TC es una matriz de pixeles. La formación de dicha imagen se consigue mediante un haz de rayos X procedente de un tubo emisor que barre el plano del objeto de estudios desde diferentes ángulos hasta completar un círculo. Se clasifican en: 1. Unidad de control del sistema (CPU). El control del sistema o CPU tiene a su cargo el funcionamiento total del equipo. Su configuración es similar a la de cualquier sistema microprocesado con su software y hardware asociados.

2. Unidad de reconstrucción rápida (FRU). Es la encargada de realizar los Procedimientos necesarios para la reconstrucción de la imagen a partir de los datos recolectados por el sistema de detección. 3. Unidad de almacenamiento de datos e imágenes. Está generalmente compuesto por uno o más discos magnéticos donde se realiza el almacenamiento no sólo de las imágenes reconstruidas y de los datos primarios, sino también del software de aplicación del tomógrafo.

8. Qué relación tiene con la definición de la imagen los factores Kilo voltaje, mili amperaje, FOV, PITCH, Grosor de corte de reconstrucción, SAR, relación contraste ruido. Kilovoltaje: determina la calidad de la radiación y el contraste en la imagen, influencia la latitud. Cuanto más bajo sea el kilovoltaje, el contraste será mayor y cuanto mayor sea el kilovoltaje, el contraste será menor. Miliamperaje: es la unidad de medida que se usa para medir el número de electrones presentes en el cátodo. FOV: este nos sirve para ver mejor las estructuras sin perder definición, solo debemos cambiar e l FOV, puesto que al cambiar el FOV al campo de exploración, ganaremos resolución espacial. PITCH: es un parámetro sin unidad de medida, que relaciona el avance de la camilla por rotación y el ancho total de la colimación del haz. Grosor de corte de reconstrucción: es un parámetro configurable ya que podemos jugar con diferentes grosores de cortes, siendo siempre el mínimo el correspondiente al tamaño

del detector. Cuanto más pequeño es el grosor de corte (thickness) más números de imágenes a revisar y mayor resolución espacial, pero, de nuevo, tendremos más ruido. SAR: medida del campo eléctrico en un tiempo determinado Relación contraste ruido: es la diferencia que existe, en una escala de grises entre los tejidos, perceptibles por el ojo humano.

9. Explique los métodos de reconstrucción de la imagen a. Retroproyección filtrada: este método es muy rápido y sencillo, de los cuales se obtienen datos de la proyección, luego se calcula el logaritmo de cada dato, y cada algoritmo es multiplicado por la fórmula de convolucion, finalmente se suman las proyecciones filtradas a las originales para producir imágenes de mejor contraste y relación señal-ruido. b. Interpolación: este método consiste en reconstruir las imágenes con pixeles, representando la misma distancia en todas las direcciones.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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