TOMO_AULA_01_Processo

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Prof. Dr. Charlie Antoni Miquelin
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O MÉTODO TOMOGRÁFICO 
×  O termo tomografia tem como significado literal descrição 
de um corte ou parte de um objeto (tomos = secção e 
graphos = figura). 
×  Tal descrição é vista como uma imagem. 
×  Dentro destas definições um tomógrafo é um equipamento 
capaz de fazer tais imagens, sendo estas imagens 
chamadas tomogramas. 
×  O método tomográfico é utilizado em várias ciências 
diferentes como a medicina, arqueologia, biologia, 
geofísica, física, ciência dos materiais, astrofísica, etc. 
×  Este método é baseado em um procedimento matemático 
chamado reconstrução tomográfica. 
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×  Assim o que define a o nome conhecido ou utilizado no 
método tomográfico depende do fenômeno físico utilizado 
para coletar os dados que serão utilizados no processo 
matemático. 
×  Na chamada tomografia moderna o processo matemático é 
realizado com o auxílio de computadores, daí o nome 
Tomografia computadorizada. 
 FENÔMENO FíSICO NOME DO MÉTODO 
RAIOS X TOMOGRAFIA 
COMPUTADORIZADA 
RAIOS γ SPECT 
ANIQUILAÇÃO e- e+ PET 
RESSONÂNCIA MAGNÉTICA RESSONÂNCIA MAGNÉTICA 
 
ULTRASOM ULTRASONOGRAFIA 
ELÉTRONS ELÉTRON CRYO-TOMOGRAFIA 
INTERFERÊNCIA ÓTICA OCT 
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A Tomografia Computadorizada 
como Processo 
×  A Tomografia computadorizada ocasionou uma revolução 
na medicina toda e não somente no diagnóstico por 
imagens. 
×  A palavra tomografia não é algo novo, aparecendo desde os 
anos 20 quando vários pesquisadores já tentavam 
desenvolver métodos para fazer imagens de de partes 
específicas ou camadas do corpo. 
×  Vários termos para descrever este tipo de processo foram 
usadas como radiografia de seção do corpo e Estratigrafia 
(stratum = camada). Estas técnicas ainda eram puramente 
geométricas. 
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A Tomografia Computadorizada 
como Processo 
×  Em 1935, Grossman refinou as técnicas já existentes e 
chamou-a de Tomografia. Define se então o tomograma 
como a imagem de uma secção do paciente cuja a 
orientação é paralela ao filme. 
×  Já em 1937 Watson desenvolve outra técnica tomo gráfica em 
que que as secções eram transversas, ficando nomeada como 
tomografia axial transversa. 
×  Todas estas técnicas produziam imagens pobres em 
contraste e detalhes para serem aproveitadas como 
ferramenta diagnóstica, o que impediu seu uso clínico. 
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ALESSANDRO	
  VALLEBONA	
  
ESTRATIGRAFIA	
  (1930)	
  
estra&grafia	
  Axial	
  na	
  D6	
  
tuberculose	
  
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Geroge	
  Ziedses	
  des	
  Plantes	
  
PLANIGRAFIA	
  (1931)	
  
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A Tomografia Computadorizada 
como Processo 
×  As limitações de contraste e detalhamento só foram 
superadas com a utilização da construção de imagens, a 
partir de suas projeções. 
×  Construir imagens a partir de suas projeções teve seu 
embasamento teórico em 1917 com Radon, que demonstrou 
ser possível formar uma imagem de duas ou três dimensões 
de um objeto a partir de um grande número de projeções em 
diferentes ângulos deste mesmo objeto. 
×  Esta possibilidade passou a ser aproveitada na Astronomia, 
Física, Biologia e outros. 
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como Processo 
×  Por este mesmo processo o corpo humano pode ter imagens 
construídas utilizando-se um grande número de projeções 
de diferentes posições. 
×  A radiação passa através de cada secção transversal em um 
caminho específico e a atenuação provocada por esta secção 
(projeção) é captada por um detector que envia o sinal para 
posterior processamento. 
×  O computador utiliza todas as projeções para produzir 
imagens nítidas, com detalhamento e das estruturas internas 
das partes irradiadas do corpo humano. 
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raios X 
detector 
detector 
cortes do objeto a 
se obter imagem 
Computador 
0o 
90o 
1 
2 
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A Tomografia Computadorizada 
como Processo 
×  A construção de imagens por meio de projeções encontrou 
aplicações práticas na Medicina Nuclear nos anos 60 com os 
trabalhos de Oldendorf, Kuhl e Edwards. 
×  Em 1963 Cormack aplicou as técnicas de construções a partir 
de projeções para a Medicina Nuclear (tomografia por 
emissão). 
×  Em 1967 Hounsfield aplicou esta mesma técnica para 
produzir o primeiro aparelho clínico de Tomografia 
Computadorizada (TC) para imagens do cérebro 
(tomografia por transmissão). 
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como Processo 
×  Hounsfield chamou a técnica utilizada por seu equipamento 
de Varredura Axial Transversa Computadorizada (British 
Journal of Radiology - 1973). 
×  Vários outros termos apareceram na época: tomografia axial 
transversa computadorizada, tomografia assistida por computador, 
tomografia axial computadorizada, tomografia reconstrutiva 
transaxial de transmissão de computadorizada, tomografia 
reconstrutiva e tomografia computada. 
×  O termo TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA, para o 
método de Hounsfield foi estabelecido pela Sociedade 
Radiológica Norte Americana em seu Jornal e aceito pelo 
Jornal Americano de Radiologia, que colaborou em espalhar 
o termo. 
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como Processo 
AQUISIÇÃO DE 
DADOS 
CONSTRUÇÃO 
DA IMAGEM 
VISUALIZAÇÃO DA 
IMAGEM, 
ARMAZENAMENTO,
COMUNICAÇÃO, 
GRAVAÇÃO 
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AQUISIÇÃO DE DADOS 
×  A aquisição de dados se refere a medida dos raios X 
transmitidos provenientes do paciente. 
×  Após passar pelo paciente, os raios X que o atravessaram 
atingem os detectores, medindo o que se pode chamar de 
valores de transmissão ou valores de atenuação (dados). 
×  Devem ser coletados valores de transmissão suficientes para 
que o processo de construção da imagem seja realizado pelo 
sistema computacional. 
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AQUISIÇÃO DE DADOS 
×  No primeiro sistema de coleta de dados desenvolvido, o tubo 
de raios X e o detector moviam se em uma linha reta 
(translação), percorrendo toda a região da cabeça, da esquerda 
para direita, enquanto as transmissões eram coletadas. 
×  Depois da translação o tubo e o detector rotacionavam de 1º e 
começavam o processo novamente, agora da direita para a 
esquerda. Este processo de translação-parada-rotação-
translação, recebeu o nome de varredura (scanning) e era 
repetido em 180º. 
×  Este método tinha a grande desvantagem de ser extremamente 
demorado para conseguir os dados suficientes para a 
construção de uma imagem. Posteriormente novos métodos de 
coleta foram desenvolvidos. 
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AQUISIÇÃO DE DADOS 
Tubo de raios X 
Colimador 
Cristal detector 
Tubo fotomultiplicador 
Suporte de 
Cabeça com 
bolsa de água 
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CONSTRUÇÃO DA IMAGEM 
×  Os sinais coletados pelos detectores são convertidos para 
dados digitais para que o computador possa usá-los no 
processo de construção. 
×  Após a conversão os dados são enviados na forma digital 
para o computador, que utiliza técnicas matemáticas 
especiais para construir a imagem de Tomográfica em um 
número finito de diferentes passos chamados de algoritmos 
de reconstrução. 
×  O algoritmo usado por Hounsfield no desenvolvimento do 
primeiro equipamento de TC é chamado Técnica de 
Reconstrução Algebraica. 
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VISUALIZAÇÃO DA IMAGEM 
×  Depois de construída a imagem é mostrada em um monitor 
e pode ser salva para posterior análise. Várias tecnologias de 
monitores existentes no mercado são usadas: CRT, plasma, 
LCD e LED, alguns tem sistema de toque (touch) também. 
×  Monitorespara visualização das imagens estão disponíveis, 
além do tecnólogo que realiza o exame, para o médico 
radiologista realizar o diagnóstico do exame. 
×  A manipulação da imagem também pode ser realizada, para 
melhorar sua qualidade ou destacar diferentes estruturas, de 
acordo com as necessidades do radiologista para o 
diagnóstico. 
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VISUALIZAÇÃO DA IMAGEM 
×  As imagens podem ser impressas em filmes, por meio de 
impressoras dry, laser, jato de tinta ou de cera. 
×  O armazenamento das imagens pode ser feito por meio de 
discos rígidos, unidades SSD, discos magneto-óticos, ou discos 
óticos (DVD, Blu-ray). 
×  Em relação a comunicação, a transmissão de imagens pode se 
dar dentro de um mesmo serviço ou até mesmo entre 
instituições. Dentro de uma mesmo serviço a transmissão pode 
ser entre o equipamento de TC e uma impressora ou entre o 
equipamento de TC e sistemas de armazenamento ou ainda 
entre os sistemas de armazenamento e outras estações de 
trabalho. Estes sistemas são chamados PACS (Picture Archiving 
and Communication System). 
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VISUALIZAÇÃO DA IMAGEM
! PACS é a abreviatura de Picture Archiving and 
Communication System.
! Os equipamentos armazenam os exames em um formato 
chamado DICOM (Digital Imaging and Communication in 
Medicine) que obedece a um protocolo para gravação, 
impressão e transmissão de informações.
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Como o Equipamento Funciona
! Para aumentar a compreensão de como foram feitos os 
primeiros experimentos e as atuais tecnologias, o tecnólogo 
precisa familiarizar se com o o modo de funcionamento de 
um equipamento de TC.
! Em geral o equipamento ao ser ligado faz uma série de auto 
testes para garantir o seu funcionamento básico. O paciente 
é posicionado sobre a mesa e projetado para dentro da 
abertura do equipamento.
! O tecnólogo, configura os parâmetros de aquisição de dados 
específicos para aquele exame no console de controle do 
equipamento e aciona o funcionamento do equipamento.
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Como o Equipamento Funciona
! Ao passar pelo paciente parte dos raios X são atenuados e os 
transmitidos são medidos pelos detetores.
! O tubo de raios X e os detetores se encontram dentro da 
parte principal do aparelho, chamada de gantry, e 
rotacionam em torno do paciente durante a varredura.
! Os detetores convertem os fótons de raios X captados em 
sinais elétricos, ou sinais analógicos, que precisam ser 
convertidos em dados digitais (numéricos binários) para 
processamento pelo computador.
! A partir dos dados enviados o computador faz o processo de 
construção da imagem.
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Como o Equipamento Funciona
! A imagem construída se encontra em um formato numérico 
e precisa ganhar um mapa de cores para ser visualizada em 
um monitor.
! Se o monitor utilizado para visualizar a imagem for 
analógico então a imagem precisará ser novamente 
convertida de digital para analógico a fim de ser mostrada.
! Por fim a imagem pode ser armazenada em discos rígidos, 
óticos, filmes radiográficos ou impressas em papel.
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Gerador de Alta 
voltagem
CAD
COMPUTADOR
Armazenamento
Sistema de 
Controle
GravaçãoVisualização Impressão
DAC
Monitor 
Analógico
Monitor 
Digital
Gantry
Abertura
do Gantry
tubo de 
raios X
detetores
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Perspectivas Históricas
! Muitos foram os pesquisadores envolvidos no processo de 
desenvolvimento e construção do equipamento de TC, mas 
notoriamente podem ser citados Godfrey Newbold 
Hounsfield, Allan MacLeod Cormack e Robert Ledley.
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Godfrey Newbold Hounsfield
Nascido em 1919.
Formado em Engenharia 
Elétrica e Eletrônica e 
Engenharia Mecânica.
1951 entrou para a EMI, 
para trabalhar com radares 
e computação.
Colaborador no 
desenvolvimento do 
EMIDEC 1100.
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Godfrey Newbold Hounsfield
Em 1967 estudava 
reconhecimento de padrões e 
técnicas de reconstrução 
usando computadores.
A partir destes trabalhos teve 
a idéia de coletar as projeções 
dos raios X transmitidos 
através de um objeto e 
construir uma imagem. 
Assim poderia obter 
informações a cerca das 
estruturas internas do objeto.
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Godfrey Newbold Hounsfield
Se esta técnica fosse aplicada em 
humanos os médicos teriam acesso a 
imagens de seções dos pacientes.
Com apoio do departamento de Saúde 
Britânico um aparato experimental foi 
montado.Primariamente a fonte 
radiação era o Amerício, acoplada a 
um detetor de cristal cintilador.
Devido a baixa intensidade de fótons 
de raios gama, aquele aparato levou 
cerca de 9 dias para varrer o objeto.
O computador precisou de 2,5 horas 
para processar as 28000 medidas 
coletadas.
Por causa da demora a fonte foi 
trocada por um tubo de raios X, o que 
fez com que o processo para produzir 
a imagem fosse 1 dia.
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Godfrey Newbold Hounsfield
Para avaliar a utilidade daquele 
tipo de equipamento o Dr. James 
Ambrose, radiologista do 
Hospital Atkinson-Morley, se 
juntou aos estudos.
Hounsfield e Ambrose obtiveram 
dados de uma peça de cérebro 
humano e os resultados foram 
encorajadores já que era possível 
diferenciar os tipos de tecidos 
cerebrais e experimentos com 
cérebros frescos de novilhos 
puderam evidenciar detalhes dos 
ventrículos e glândula pineal.
Outros experimentos se seguiram 
com o uso de rins de porcos.
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Godfrey Newbold Hounsfield
Em 1971 o primeiro protótipo clinico 
foi instalado no Hospital Atkinson-
Morley e uma série de estudos 
foram realizados sob a supervisão 
do Dr. Ambrose.
O tempo de aquisição e 
processamento havia caído para 
cerca de 4,5 minutos.
Em 1972 o primeiro paciente foi 
submetido a aquisição de dados com 
o equipamento. Este paciente era 
uma mulher com suspeita de de 
lesão cerebral e a imagem mostrou 
claramente um cisto circular escuro 
no cérebro.
Ficou evidente que o equipamento 
poderia distinguir de maneira 
satisfatória entre tecidos saudáveis e 
doentes.
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A Tomografia Computadorizada
Godfrey Newbold Hounsfield
As pesquisas de Hounsfield e a 
construção do do primeiro 
equipamento de CT clínico 
abriram um novo domínio no 
campo da radiologia que agora 
poderia ser explorado pelos 
físicos, engenheiros, médicos, 
radiologistas e outras áreas da 
ciência.
Hounsfield recebeu o prêmio 
McRobert em 1972 e junto com 
Allan MacLeod Cormack em 
1979 o prêmio Nobel de 
Medicina e Fisiologia.
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Allan MacLeod Cormack
Nascido em 1924, em 
Johannesburgo, África do 
Sul.
Formado em Física Nuclear.
Trabalhava em Harvard
Desenvolveu as soluções 
matemáticas para o 
problema inverso em 
tomografia 
computadorizada.
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Robert Ledley
Formado em Odontologia.
Mestre em Física Teórica.
Já em 1974 desenvolveu o equipamento de TC de corpo inteiro.
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A Evolução
Nos primeiros dez anos após o sucesso do equipamento clínico de 
Hounsfield, o número de Tomógrafos começou a crescer no 
mundo inteiro, sendo a primeira grande evolução tecnológica o 
Tomógrafo de corpo inteiro de Ledley.
A partir daí o sistema de aquisição de dados passou a mudar de 
conformação de maneira drástica, tendo já em 1974 a quarta 
geração de Tomógrafosaparecido.
Entenda se por geração de um tomógrafo a relação entre o sistema 
de emissão e detecção na coleta dos dados para a construção das 
imagens tomográficas.
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Gerações de Tomógrafos
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Gerações de Tomógrafos
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Gerações de Tomógrafos
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Gerações de Tomógrafos
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A Tomografia Computadorizada
A Evolução
Os computadores foram melhorando em desempenho e 
capacidade possibilitando rápidas modificações no tempo de 
processamento e na qualidade das imagens.
A primeiras imagens pareciam pequenos bloquinhos lado a lado e 
foram continuamente ganhando melhor resolução até possuírem 
aparência contínua.
Desta forma a qualidade da imagem aumentou já que a resolução 
espacial, a resolução de contraste melhorou e o tempo de 
varredura diminuiu.
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A Evolução
Em 1972 o tamanho da matriz era de 80 x 80, em 1993 já era 1024 x 
1024.
A resolução espacial que em 1972 era de 3 lp/cm, em 1993 passou 
para 15 lp/cm.
O tempo de varredura caiu de cerca de 5 min em 1972 para 1 s em 
1993.
A melhoria da capacidade de carga dos tubos possibilitou o 
surgimento de estudos dinâmicos, surgindo também os scouts ou 
pré-scans das regiões de interesse.
Surge também a reformatação das imagens nos diferentes cortes 
anatômicos.
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A Evolução
Em 1975 surgem os primeiros equipamentos capazes de fazer 
imagens de órgãos em movimento, possuindo alta resolução 
temporal.
No meio dos anos 80 uma nova geração de Tomógrafo aparece 
com o nome de TC Ultra-Rápido, usando uma tecnologia 
diferente para produzir os raios X, é o EBCT, a quinta geração de 
tomógrafos.
Este tipo de equipamento foi bastante interessante para imagens 
cardiovasculares já consegue fazê-lo em cerca de 50-100 ms.
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5a Geração
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A Evolução
No final dos anos 80 surgem também os primeiros equipamentos 
helicoidais, capazes de coletar dados de um grande volume do 
paciente e não mais apenas de uma secção transversal.
A aquisição passa a ser mais rápida e há menos artefatos de 
movimento.
Neste sistema a mesa se move continuamente para dentro da 
abertura do gantry e desta forma a região irradiada no paciente 
cobre uma região na forma de helicóide, daí o termo helicoidal.
Os primeiros sistemas eram de apenas um fileira de detetores, 
mas já em 1992 sistemas de duas fileiras de detetores passaram a 
ser comercializados.
O termo multi-slice passou a ser empregado somente a partir de 
1998 quando equipamentos mais de duas fileiras de detetores 
apareceram.
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Slice by Slice
Helicoidal
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A Evolução
Os sistemas de aquisição helicoidais, ou também conhecido como 
TC Volumétrica, possibilitou uma série de aplicações como a 
Fluoroscopia por TC, Angio TC, Imagens Médicas 3D e Sistemas 
de orientação virtual.
A partir de 2006 surgiram os primeiros equipamento de TC da 
sexta geração, os equipamentos Dual Source.
Neste sistema o equipamento possui dois conjunto de tubos de 
raios X e detetores (diferentes energias) dispostos em 90o, que 
funcionando simultaneamente possuem alta resolução temporal e 
que para alguns casos utiliza menor dose.
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6a Geração
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A Tomografia Computadorizada
A Dose de radiação
Para qualquer técnica que utilize radiações ionizantes o ideal é 
conseguir a melhor qualidade diagnóstica com a menor dose de 
radiação possível.
Já em 1973 começaram os primeiros estudos de dose devido a 
exames de TC no cérebro e região gonadal.
Devido a diferença de geometria e e método de aquisição de 
imagem a TC passou a ter estudos de dose específicos levando em 
consideração estes aspectos.
Vários parâmetros afetam a dose no paciente em TC, como 
espessura de corte, ruído, eficiência e resolução dos detetores, 
algoritmos de reconstrução, filtração e colimação.
Já existem vários estudos a cerca destas variáveis e seus 
resultados.
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A Dose de radiação
Estes estudo utilizam as câmaras de ionização tipo lápis e 
dosímetros TLD para medição da dose e tem como parâmetros de 
comparação de dose grandezas como perfil de dose em varredura 
única e múltiplas, índice de dose em TC (CTDI), dose média de 
varreduras múltiplas e curvas de isodose.
Os fabricantes ao longo dos anos desenvolveram e continuam a 
desenvolver sistemas que reduzam a dose no paciente como 
novos sistemas de colimação pré-paciente, detetores cerâmicos 
mais eficientes e modulação de mAs (Modulação de Dose).
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O Processamento das Imagens
A Tomografia Computadorizada é um excelente exemplo de 
processamento de imagens digitais (PID). Isto porque o processo 
digital já começa na conversão dos sinais captados dos raios X 
transmitidos pelos detectores. Tais dados digitais serão 
processados pelo computador.
O PID envolve o uso de um computador digital para processar e 
manipular imagens digitais. O computador recebe uma imagem 
digital de entrada (input), realiza operações neste input 
produzindo uma imagem de saída (output) que é diferente e 
melhor (pelo menos deveria ser) do que a imagem de entrada.
O PID de imagens médicas teve seu início praticamente junto com 
a introdução da TC na medicina, daí sua tão grande interação. 
Hoje praticamente todos os métodos de diagnóstico por imagem 
são digitais.
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AQUISIÇÃO 
DE DADOS
PROCESSAMENTO
COMPUTACIONAL
ARQUIVAMENTO 
DE IMAGENS
CAD
CONVERSÃO 
DE 
ANALÓGICO 
PARA 
DIGITAL
REDE DE COMUNICAÇÃO DE DADOS
Monitor Analógico
Monitor Digital
CDA
CONVERSÃO 
DE DIGITAL 
PARA 
ANALÓGICO
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