Apostila de Tomografia Computadorizada

Apostila de Tomografia Computadorizada

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Professor.: Ricardo Pereirae-mail.: rad_rick@hotmail.com

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Em um setor de Bioimagem poderemos encontrar vários serviços de diagnóstico. Existem diversas formas e aparelhos que podem ser utilizados para obtenção de imagens de partes do corpo, órgãos e sistemas do paciente que irão ajudar em um diagnóstico mais preciso.

Nem todos os aparelhos emitem ou utilizam a Radiação Ionizante.

Temos como exemplo o Ultra-som e a Ressonância Magnética. Os aparelhos que emitem radiações (raios-X) para obtenção de imagens são os Tomógrafos Computadorizados, Mamógrafos e aparelhos de raios-X convencionais.

Outro serviço é o da Medicina Nuclear que para obter as imagens utiliza radioisótopos como fontes de radiação onde o aparelho irá captar esta radiação que foi introduzida no organismo do paciente formando assim as imagens.

A aplicação da radiação para fins diagnósticos teve origem com a descoberta dos raios-X em 1895 pelo físico Wilhelm Conrad Roentgen, na Alemanha. Por muito tempo os raios-X foram usados como método básico e único de formação de imagens médicas. Os raios-X fazem parte do espectro das ondas eletromagnéticas. São produzidos no interior da ampola, que é um envoltório que encerra sob vácuo todos os elementos envolvidos no processo.

Os raios-X saem da ampola por uma abertura direcionada para o paciente, atravessam o paciente, sendo atenuados ou desviados, dependendo da natureza dos tecidos;

Os raios-X, então, serão captados para produção da imagem, seja diretamente por um filme fotossensível no interior de um chassi fotográfico, no caso da radiografia simples, seja por detectores que quantificam a intensidade radiológica recebida e a transmitem para um processador que formará a imagem posteriormente (tomografia computadorizada).

Do grego tome, corte + graphein, escrever. Procedimento radiológico de reconstrução informática da imagem de um corte do corpo a partir de uma série de análises de densidade efetuadas pela oscilação e/ou rotação do conjunto de tubos de raios X detectores.

A tomografia computadorizada (TC) é um dos métodos de exame mais confiáveis e seguros disponíveis atualmente. É rápida, simples e totalmente indolor. A TC se constitui num aparelho de Raios X muito mais complexo que o convencional. Uma imagem de Raios X normal é plana, sendo que o paciente fica posicionado entre o tubo ou ampola que emite Raios X e o filme fotográfico

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Tomografia Computadorizada 2 que receberá esses raios. O que se obtém é uma projeção em duas dimensões do interior do corpo do paciente. Nas máquinas de tomografia a ampola que emite os Raios X gira totalmente em volta do corpo do paciente e, a medida em que gira, emite Raios X em 360° graus, ou seja, fazendo uma circunferência completa em torno do paciente. Na TC os Raios-X são concentrados num feixe estreito que passa apenas por uma pequena parte (fatia) do corpo.

Ao contrário da tomografia linear, onde a imagem de um corte fino é criada mediante borramento da informação de regiões indesejadas, a imagem da TC é construída matematicamente usando dados originados apenas da seção de interesse. A geração de tal imagem é restrita a cortes transversais da anatomia que são orientados essencialmente perpendiculares à dimensão axial do corpo. A reconstrução da imagem final pode ser realizada em qualquer plano, mas convencionalmente é realizada no plano transaxial.

As duas principais qualidades dos Raios-X em termos de aplicação clínica são a enorme resolução espacial e capacidade de documentação panorâmica da região irradiada. Por outro lado, a radiografia simples não consegue mostrar diferenças muito sutis de densidade tecidual, sendo difícil visibilizar diferenças dentre as partes de um mesmo órgão, por exemplo.

Para vencer este obstáculo, vários tipos de exames contrastados foram idealizados e utilizados durante décadas, como, por exemplo, a pneumoventriculografia, a ventriculografia iodada e a angiografia. Porém, a introdução destes meios de contraste torna o exame invasivo e não isento de morbidade. Por esta razão, é contínua a busca de novos métodos de diagnóstico cada vez menos invasivos e com maior capacidade de visibilização. Neste sentido, na década de 70, foi introduzido na prática clínica dois métodos extremamente poderosos, a tomografia computadorizada (TC) e a ultrasonografia, os quais, pela primeira vez, permitiram a visibilização do parênquima cerebral, ao invés de informações indiretas, como o desvio de vasos ou de ventrículos.

A idealização da TC foi decorrente da dificuldade de se documentar uma estrutura oculta dentro da cavidade craniana. A invenção do método é atribuída a Hounsfield, um engenheiro inglês da empresa E.M.I., que iniciou seus trabalhos no final da década de 60 juntamente com o Físico Alan Cormak e, em 1973 apresentou os primeiros resultados clínicos.

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O primeiro experimento surgiu em 1961, com Oldendorf, buscando determinar se densas estruturas, internas ao objeto estudado poderia ser isoladas na imagem, construiu um phantom a partir de um bloco plástico medindo 10x10x4 cm com pregos de ferro inseridos em seu interior, para representar o contorno do crânio e mais dois pregos, um de alumínio e outro de ferro para representar massas internas.

Utilizando uma fonte emissora de fótons I-131 colimada estreitamente, como um “feixe caneta”; um detector de sódio iodado para coletar as informações e um trilho por onde o phantom movimentaria-se, em um único sentido com velocidade constante. Oldendorf conseguiu através desse experimento relativos avanços para a época, mas limitado pela tecnologia não conseguiu armazenar os dados.

Em 1967, a partir do modelo inicial montado por Hounsfield, os equipamentos evoluíram para se tornar cada vez mais rápidos e precisos, de maneira que, a cada avanço técnico significativo se denominou uma “geração”.

1917 – J.Radon: desenvolveu o instrumental matemático para a reconstruçao de um objeto a partir do conjunto de suas projeções (teoria gravitacional) 1961- Oldendorf e 1963- Cormack: desenvolveram o conceito de TC em modelos de laboratório; 1967 – Hounsfield começa a trabalhar no projeto do TC 1968 – Kuhl e Edwards construiram um scaner mecânico em medicina nuclear; 1971 – Começam os estudos clínicos com TC, juntamente com Ambrose; 1973 (abril) - Apresentação dos resultados no Annual Congress of the British Institute of Radiology

Vantagens em relação a Radiografia Convencional

A TC tem três vantagens gerais importantes sobre a radiografia convencional. A primeira é que as informações tridimensionais são apresentadas na forma de uma série de cortes finos na estrutura interna da parte em questão. Como o feixe de raios-x está rigorosamente colimado para aquele corte em particular, a informação resultante não é superposta por anatomia sobrejacente e também não é degradada por radiação secundária e difusa de tecidos fora do corte que está sendo estudado.

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A segunda é que o sistema é mais sensível na diferenciação de tipos de tecido quando comparado com a radiografia convencional, de modo que diferenças entre tipos de tecidos podem ser mais claramente delineadas e estudadas. A radiografia convencional pode mostrar tecidos que tenham uma diferença de pelo menos 10% em densidade, enquanto a TC pode detectar diferenças de densidade entre tecidos de 1% ou menos. Essa detecção auxilia no diagnóstico diferencial de alterações, tais como uma massa sólida de um cisto ou, em alguns casos, um tumor benigno de um tumor maligno.

Uma terceira vantagem é a habilidade para manipular e ajustar a imagem após ter sido completada a varredura, como ocorre de fato com toda a tecnologia digital. Essa função inclui características tais como ajustes de brilho, realce de bordos e zoom (aumentando áreas especificas). Ela também permite ajuste do contraste ou da escala de cinza, o que é chamado de “ajuste de janela” para melhor visualização da anatomia de interesse.

Estrutura e funcionamento de um tomógrafo

Um tomógrafo e formado por um tubo de RX conectado mecanicamente e eletronicamente a um sistema de detectores. Este conjunto gira 360°em torno do paciente. As estruturas corpóreas vão atenuar o feixe de RX dependendo de vários fatores, entre eles sua densidade e numero atômico. Depois de passar pelo corpo a radiação atinge finalmente os detectores. Um giro de 360° produz uma “vista” que e um conjunto de projeções. Cada vista produz um conjunto de sinais analógicos que são enviados ao sistema de computação. Ao termino de cada giro o sistema tubo/detectores volta à posição inicial e a mesa sobre a qual esta o paciente, move-se alguns milímetros. Este processo vai se repetindo e gera uma enorme quantidade de dados.

Os sinais elétricos gerados pelos detectores contem informação a respeito do quanto o feixe foi atenuado por cada estrutura do corpo (“coeficientes de atenuação”). Estas informações são acopladas aos dados sobre posição da mesa e do cabeçote. Dessa forma e possível a determinação das relações espaciais entre as estruturas internas e a fatia selecionada do corpo.

Os sinais elétricos analógicos são então enviados ao sistema de computação que através de algoritmos específicos vai transformá-los em sinais digitais para compor as imagens que iremos ver na tela do computador. O

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Tomografia Computadorizada 5 tomograma calculado, ou seja, a imagem que vemos na tela do computador, corresponde a uma matriz dos valores de atenuação do feixe, visualmente apresentada em tons de cinza, em formato analógico. Atualmente ha vários tipos de tomógrafos: (1) convencional ou simplesmente tomografia computadorizada (passo a passo); (2) tomografia computadorizada helicoidal ou espiral; (3) tomografia computadorizada “multi-slice” e (4) tomógrafos mais sofisticados, como “ultra-fast” e “cone-beam”. Na tomografia helicoidal o tubo de RX gira em torno do paciente e os detectores podem girar também ou permanecerem estáticos. A mesa desloca-se simultaneamente e a trajetória do feixe de RX ao redor do corpo e uma espiral.

O sistema de TC foi evoluindo desde a sua criação conforme comentamos acima. Agora vamos descrever os diferentes tipos de varredura de cada “geração” dos tomógrafos:

Scanners de primeira geração

Foram fabricados pela

EMI, empresa a qual Hounsfield pertencia e possuía uma ampola de anodo fixo com feixe linear de RX, um detector por corte e faziam movimento solidário de translação-rotação do conjunto ampola-detector, com tempo de corte de 5 minutos para reunir informações suficientes para um corte. Assim, um exame com 10 cortes demorava 50 minutos, no mínimo.

Tomógrafo de primeira geração:

• Surgiu em 1972 • Feixe “em lápis”

• Detector único

• Rotação/translação

• 5 minutos para fazer um corte

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Scanners de Segunda geração

Já passaram a ser fabricados por diversas empresas, possuíam ampola de anodo rotatório, com feixe de RX em leque e cerca de 30 detectores, movimento solidário de translação-rotação de 30º. Com estes avanços, o tempo de corte foi reduzido para 10 a 90 segundos. Porém, ainda assim, somente de maneira precária se conseguia fazer estudos de abdome e tórax. Nos aparelhos mais lentos era impossível manter a apnéia durante o corte, limitando o estudo ao SNC.

Tomógrafo de segunda geração:

• Surgiu em 1974 • Feixe “em leque” com ângulo de abertura de 10 graus

• Múltiplos detectores (~30)

• Rotação/translação

• Múltiplos ângulos de aquisição em cada posição

• Maior ângulo de rotação

• Tempo de varredura entre 10-90 segundos

Scanners de Terceira geração

O scanner de terceira geração inclui um banco de até 960 detectores em oposição ao tubo de raios X, que rodam em conjunto ao redor do paciente em um ciclo de 360° completo para criar um corte de dados de tecidos. O paciente e a mesa são então movimentados através da abertura da gantry, e o tubo e os detectores rodam um ciclo de 360° completo na direção oposta para criar um segundo corte de dados de tecidos. Os tempos de varredura foram novamente reduzidos significativamente. Além disso, varreduras de 1 segundo são utilizadas para a maioria dos modernos scanners de terceira geração. Uma abertura maior permite a varredura de todo o corpo, que não era possível com os scanners antigos.

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