História da tomografia computadorizada

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Professor: André Silva
Tecnólogo em Radiologia Técnico em Anatomia e Histologia
Técnico em imobilização ortopédica e Socorrista
Pós Graduando em Formação de Imagem e Protocolo de Exame em RM e TC E-mail: andresocorrista@yahoo.com.br
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TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA ( TC ).
O termo tomografia deriva das palavras gregas tomos, que significa “fatia” e
graphein, que significa “escrever”.
A TC utiliza um computador sofisticado e um sistema mecânico que provê imagens anatômicas seccionais nos planos axial, sagital e coronal.
O conceito de TC pode ser simplificado pela comparação do procedimento com a imagem de um pedaço de pão; a radiografia convencional produz imagens do pão como um todo, enquanto a TC produz fatias individuais do pão e de qualquer imagem, (o que chamamos também de secções ou cortes), que são visualizadas independentemente. Exemplo: o abdome anteroposterior (AP) é o “pão” e a tomografia à direita, representa a “fatia”
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TERMINOLOGIA
Como a tecnologia da TC está em constante evolução, o mesmo acontece com os termos usados para descrevê-la. Inicialmente, os termos tomografia assistida por computador e tomografia axial computadorizada (TAC) foram utilizados, mas como a tecnologia avançou, o termo mais aceito tornou-se tomografia computadorizada (TC).
Embora o termo “exame de TAC” ainda possa ser ouvido, este não é preciso porque as imagens da TC são frequentemente reconstruídas nos planos sagital e coronal, bem como nos oblíquos.
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EVOLUÇÃO DA TC
Desde a introdução do exame clínico de TC no início da década 1970, os sistemas se aprimoraram por quatro gerações.
A diferença entre as gerações é relacionada primeiramente com o número e organização dos detectores, dispositivos que medem a atenuação dos feixes de raios X.
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Tomógrafos Gerações de Primeira e Segunda
Os tomógrafos de primeira geração usavam um feixe de raios X que era fino como um lápis e possuíam um detector.
Um exame exigia uma exposição de quatro minutos e meio para coletar informações suficientes para uma rotação, de 180° do tubo e detector.
Esses tomógrafos eram capazes de realizar apenas tomografias de crânio.
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Tomógrafos de Terceira Geração
Os tomógrafos de terceira geração ,incluíam um banco de até 960 detectores oposto ao tubo de raios X, que juntos giravam em torno do paciente em 360°, em um ciclo completo, para delinear um pedaço de tecido.
Os tempos de exame também foram significativamente reduzidos se comparados aos da primeira e segunda gerações.
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Os tomógrafos de segunda geração apresentavam-se bem mais aperfeiçoados que os primeiros e emitiam um feixe de raios X em forma de leque e possuíam 30 ou mais detectores. Os períodos de exposição eram menores, em torno de 15 segundos por corte ou 10 minutos para realizar um exame de 40 cortes
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Tomógrafos de Quarta Geração
Foram desenvolvidos durante a década de 1980, concomitantes aos de terceira geração.
Esses tomógrafos possuíam um anel fixo, com no mínimo 4.800 detectores, os quais circundavam o paciente de forma completa dentro do gantry. Um único tubo de raios X girava em um arco em 360° durante a coleta de dados.
Durante o movimento rotatório contínuo, e feixes de radiações curtas eram geradas por um tubo de raios X, cujos tempos de varredura eram inferiores a 1minuto para um exame completo (semelhante a um tomógrafo de terceira geração).
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Atualmente, a tecnologia de quarta geração não se mostra mais avançada ou preferida. Ela é apenas diferente.
O desenvolvimento da tecnologia convencional da TC para a quarta geração está em andamento, mas a terminologia geração não tem sido empregada a cada novo avanço tecnológico que se tornou disponível para uso no ambiente clínico.
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Tomógrafos de volume
O movimento do tubo de raios X nos primeiros tomógrafos era restrito por cabos de alta tensão. Neste tipo de modelo, o tubo de raios X girava em 360° em uma direção para obter um corte, a mesa de tomografia avançava uma distância definida e o tubo girava em 360° na direção oposta para obter o próximo corte.
O desenvolvimento da tecnologia de anel deslizante, no início da década de 1990, permitiu que a tecnologia da TC fosse além da aquisição de apenas um corte.
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Os anéis deslizantes substituíram cabos de alta tensão e permitiram a rotação contínua do tubo de raios X, que quando combinados com os movimentos dos pacientes pelo gantry, permitiam a aquisição de dados em um movimento helicoidal ou espiral.
O termo geral utilizado para descrever esse processo é aquisição de volume. Os termos, helicoidal e espiral, algumas vezes são usados para se referir a essa técnica de exame, mas estes são termos específicos de vendedores. Tomógrafos de volume também são capazes de realizar aquisições de corte único.
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Tomógrafos volumétricos (Helicoidais)
Classificados como de 3º e 4º geração dependendo do fabricante.
Varredura por volume (espiral). Rotação contínua do tubo e dos detectores em 360° enquanto o paciente se move para dentro e/ou para fora.
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Vantagens
A aquisição de volume oferece diversas vantagens em comparação com a aquisição de corte único: Reconstrução multiplanar (MPR): Informações volumétricas permitem uma reconstrução mais acurada dos dados do paciente em planos alternativos (coronal, sagital, oblíquo e tridimensional [3D]) — por isso, o termo reconstrução multiplanar.
· Tempos de aquisição mais curtos: Os tempos de aquisição são curtos porque o paciente se movimenta continuamente pelo gantry.
· Artefatos reduzidos: Os artefatos causados pelo movimento do paciente são reduzidos.
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Tomógrafos multidetectores
Os tomógrafos desenvolvidos antes de 1992 eram modelos de corte único capazes de realizar apenas um corte de cada vez. No final de 1998, os fabricantes de TC anunciaram que uma
nova tecnologia de tomógrafos multidectores estava disponível e que estes eram capazes de realizar quatro cortes simultaneamente por rotação do tubo de raios X.
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A TC multidetectores continuou a progredir rapidamente, em grande parte por conta dos avanços na tecnologia dos computadores.	No	presente	momento,	tomógrafos multidetectores que podem realizar 320 cortes por rotação de tubo de RX estão disponíveis.
Embora seja importante que os tecnólogos tenham conhecimentos sobre este tema, informações específicas em física e instrumentação desta tecnologia.
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Vantagens
Tempo de aquisição mais curto: Um sistema de 64 cortes pode adquirir 160 imagens por segundo em
comparação com outro modelo que realiza um corte por segundo. Essa varredura mais rápida é vantajosa para procedimentos que exigem apneia única ou em casos em que a movimentação do paciente é um problema.
Isso também possibilita procedimentos que requerem períodos de exposição curtos (p. ex., tomografias cardíacas).
Diminuição da quantidade de meio de contraste: Uma diminuição da quantidade de meio de contraste intravenoso é factível por conta do aumento da velocidade de aquisição dos tomógrafos multidetectores.
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Resolução espacial melhorada: Como resultado desta tecnologia, um corte de espessura submilimétrica é possível de ser visualizado. Isto é vantajoso, principalmente, para exames da orelha interna ou de outras estruturas complexas. Uma diminuição da quantidade de meio de contraste também é necessária por conta do aumento da velocidade de aquisição das imagens.
Qualidade aprimorada das imagens: Como resultadoda obtenção de cortes mais finos, a qualidade de imagem para angiografias e reconstruções multiplanares e em 3D é aprimorada..
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Componentes do sistema de TC Sistemas de tomografia são instalações fixas.
Tomógrafos móveis podem ser usados, mas não são comuns.
Eles podem ser utilizados sem traumatismos ou exames intra operatórios; eles também servem como um sistema auxiliar ou de reserva, no departamento de imagem. Eles são úteis em hospitais militares e para pacientes que se encontram em isolamento restrito..
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Os	sistemas	de	TC	consistem	em	três	componentes principais— gantry, computador e painel de operação.
Esses sistemas incluem dispositivos de imagem e computação altamente sofisticados.
A seção, a seguir, fornece uma ampla introdução para um tópico muito tecnológico.
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Gantry
O gantry consiste no tubo de raios X, um conjunto de detectores e colimadores. Dependendo das especificações técnicas da unidade, o gantry geralmente pode ser disposto em um ângulo de 30° em cada direção, necessário, por exemplo, nas tomografias de coluna ou crânio. O gantry possui uma abertura central.
A mesa de tomografia é eletronicamente ligada ao gantry para movimentos controlados durante a aquisição.
O segmento anatômico que está na abertura central é que sofrerá o escaneamento.
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Tubos de raios X
Do ponto de vista da construção e operação, o tubo de raios X é similar a um tubo radiográfico; entretanto, modificações no design são ocasionalmente necessárias para garantir que o tubo seja capaz de resistir ao calor adicional por causa do aumento dos tempos de exposição.
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FEIXE DE DETECTORES
Detectores encontram-se em estado sólido e são compostos de fotodiodos, juntamente com cristais de cintilação (tungstato de cádmio ou raros cristais de cerâmica).
Detectores de estado sólido convertem a energia transmitida
de raios X para luz, que é convertida em energia elétrica e, em seguida, em um sinal digital.
O feixe de detectores afeta a dose do paciente e a eficiência da unidade de TC.
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Conjunto de colimadores
A colimação na TC é importante porque reduz a dose do paciente e melhora a qualidade da imagem.
A geração atual de tomógrafos geralmente usa um colimador pré- paciente (no tubo de raios X), que molda e limita o feixe. A espessura de corte em unidades de TC multidetectores é determinada pelo tamanho do feixe de detectores utilizado.
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Computador
O computador para TC exige dois tipos de programas altamente sofisticados — um para o funcionamento do sistema e outro para aplicações. O sistema operacional controla o equipamento, enquanto aplicativos gerenciam o pré-processamento, a reconstrução de imagem e uma grande variedade de operações de pós processamento.
O computador deve possuir velocidade e capacidade de memória impecáveis. Por exemplo, considere que para um corte de TC (imagem) com uma matriz 512 × 512, o computador deve executar simultaneamente 262.144 cálculos matemáticos por corte.
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Painel de Operação
Os componentes do painel de operação incluem um teclado, um mouse e monitor simples ou duplo, dependendo do sistema.
O painel de operação permite ao tecnólogo controlar os parâmetros do exame, protocolo, e visualizar ou manipular as imagens geradas.
O protocolo, que é predeterminado para cada procedimento, inclui
fatores como a quilovoltagem, miliamperagem, ângulo de inclinação, campo de visão, espessura do corte, indexação da mesa, reconstrução de algoritmos e exibição de janelas. Estes parâmetros podem ser modificados pelo tecnólogo, se for preciso, baseados na apresentação do paciente ou história clínica.
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Rede de Conexões e Arquivamento
Redes de computadores são uma configuração em que estações de trabalho estão situadas em outros locais e permitem o acesso do radiologista ou tecnólogo.
Essas estações de trabalho podem estar dentro do departamento de imagem ou localizadas em áreas remotas com transmissão eletrônica de dados.
O arquivamento de imagens para a maioria dos sistemas de TC envolve o uso de mídias digitais que são hospedadas em PACS (picture archiving and communications system/Sistema de comunicações e arquivamento de imagens).
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Imagens que não estão arquivadas em um PACS, de forma alternativa, podem usar uma combinação de discos ópticos e rígidos para arquivamento de dados permanente e de alta capacidade.
Impressoras a laser também podem ser usadas para imprimir uma cópia física da imagem para armazenamento.
A interpretação dos dados encontrados no exame costuma ser realizada por um radiologista, em uma estação de trabalho de alta resolução.
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Reconstrução de imagem
Como na radiografia convencional, as tomografias exibem vários tons de cinza.
A radiação incidente é atenuada pelo paciente e a radiação remanescente é medida pelos detectores.
Estruturas de densidade baixa (pulmões e estruturas preenchidas por ar) atenuam muito pouco o feixe de raios X, enquanto as estruturas de maior densidade (ossos e meios de contraste) atenuam todos ou quase todos os feixes de raios X.
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A informação de atenuação sai dos detectores em sua forma analógica e é convertida em um sinal digital por um conversor analógico-digital.
Os valores digitais são utilizados no passo seguinte, que consiste na reconstrução da imagem, com base em uma série de reconstruções de algoritmos.
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O Elemento de Volume (Voxel)
A matriz da imagem digital é composta de linhas e colunas de pequenos blocos chamados de pixels (elementos de imagem).
Cada pixel é uma representação bidimensional (2D) do volume 3D do tecido no corte apresentado na TC.
Esses volumes tridimensionais de tecido são chamados de elementos de volume ou voxels.
Voxels possuem altura, largura e profundidade. A profundidade de um voxel é determinada pela espessura do corte, conforme selecionado pelo tecnólogo.
Cada voxel é representado por um pixel na imagem 2D reconstruída.
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Como visto anteriormente, a TC multidetectores permite
cortes com espessuras submilimétricas, nos quais os voxels possuem dimensões iguais nos três eixos (altura, largura e profundidade — ou planos x, y e z). Os conjuntos de dados destes voxels são isotrópicos.
Conjuntos de dados isotrópicos permitem uma reconstrução multiplanar de melhor qualidade e imagens em 3D com resolução espacial igual em todos os planos.
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A imagem isotrópica é especialmente útil quando é preciso uma reconstrução multiplanar de alta resolução, tais como tomografias ósseas, orelha e angiografia.
Qualquer imagem de TC, tal como é composta de um grande número de pixels que representam vários níveis de atenuação, dependendo da densidade anatômica do tecido no voxel que está sendo representado.
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Atenuação Voxel (Absorção Diferenciada) de Cada
A cada voxel no corte de tecido é assinalado um número pelo computador que é proporcional ao nível de atenuação dos raios X daquele volume de tecido.
Na TC, dados de absorção diferenciada de tecidos em cada voxel são coletados e processados pela unidade de processamento do computador.
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Convertendo Voxels 3D em Pixels 2D
Quando o nível de atenuação de cada voxel é determinado, o corte de tecido em 3D é apresentado no monitor do computador como uma imagem 2D.
Cada voxel de tecido é representado no computador como um
pixel.
O	número	de	pixels	capazes	de	ser	representados	é determinado pelo fabricante.
Um exemplo de amostra2D de um corte de tecido cerebral criado pela atenuação ou absorção diferenciada desses tecidos.
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O LCE dentro dos ventrículos resulta em menos atenuações de voxels desses tecidos comparativamente ao que é visto nos voxels de regiões ósseas do crânio ou na glândula pineal calcificada e “branca” na linha média do encéfalo.
Os plexos coroides (capilares no interior dos ventrículos) também são calcificados.
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Referências Bibliográficas
Kenneth, L. Bontrager Tratado de posicionamento radiográfico e anatomia associada, Rio de Janeiro, Ed. Elsevier, 2010.
Nóbrega, Inácio Almir. Tomografia computadorizada, Universidade São Camilo, Hospital Santa Catarina, apostila.
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