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Radiografia Digital RADIOGRAFIA DIGITAL Francisco Carlos Diniz Carrieri Este capítulo aborda o fascinante mundo das imagens radiográficas digitais. A tecnologia digital apresenta um mundo diferente do convencional em todas as suas instâncias - radiologia propriamente dita, mamografia, odontologia, radioterapia e até veterinária, para mencionar apenas a área médica como campo de possibilidades, mas com um maior número de variáveis e detalhes a cuidar. Essa tecnologia apresenta uma nova forma de trabalho, seja na aquisição, seja na interpretação e até armazenamento das imagens, que passam a ser funções totalmente distintas umas das outras, além de abrir um imenso horizonte àqueles que souberem tirar o máximo de seu potencial e, mais do que isto, participar da era da intensificação do uso de tecnologias não consumíveis e ecologicamente saudáveis. As tecnologias que fornecem imagens digitais disponíveis no Brasil basicamente podem ser resumidas em Computed Radiography (CR) e Digital Radiography (DR), cada qual apresentando vantagens e desvantagens que analisaremos sob o ponto de vista de processos atuais do mundo moderno e, independentemente de qualquer uma dessas tecnologias possuírem ―lados diferentes da moeda‖, é indiscutível o fato de que a radiografia digital está progressivamente substituindo a radiologia convencional (analógica, baseada no sistema tela-filme). Grande parte desse resultado se deve à melhora na qualidade de imagem obtida, ao uso mais eficiente da radiação incidente, de melhorias nos fluxos das rotinas operacionais dos serviços de radiodiagnóstico e, intencionalmente apresentado por último, da possibilidade de redução de custos associados a essa área diag- nóstica, ou melhor, da racionalização destes. Além disso, essa tecnologia também traz novos desafios a todos os profissionais de um serviço de diagnóstico por imagem, qualquer que seja seu papel, ao mesmo tempo em que ―impõe‖ uma padronização nas rotinas e fluxos e até nas atividades das áreas-suporte das instituições que façam essa opção tecnológica na área da ra- diografia. Muitas são as opções comerciais, mas a que tem apresentado a melhor relação custo- benefício para a realidade brasileira e será objeto de um detalhamento mais profundo neste capítulo é a tecnologia Computed Radiography. “As descobertas e invenções destinam-se a servir à humanidade.‖ Wilhelm Conrad Roentgen 1. Introdução Há mais de 100 anos o sistema tela-filme tem sido utilizado com sucesso para o registro de in- formação diagnóstica de imagens radiográficas. Esse sistema, trabalhando em conjunto com os aparelhos geradores de raios X, obtiveram ima- gens da mais alta qualidade diagnóstica por mais de 60 anos (cerca de 75 anos, se considerarmos a América Latina e, mais especificamente, o Brasil). Conforme descrito nos capítulos anteriores, o filme, uma vez exposto aos raios X, necessita ser revelado em um processo químico para, em seguida, ser analisado em um negatoscópio ade- quado, e, subsequentemente, ser armazenado em um arquivo próprio. A relação custo-benefício dessa tecnologia estava muito bem estabelecida e ajudava a consolidá-la como processo que cumpria seu papel perfeitamente, apesar das conhecidas limitações técnicas dessa solução. Por volta dos anos 70 nascem, então, as pri- meiras imagens digitais oriundas do aparecimento de tecnologias que também faziam uso da radiação (ionizante ou não) para obter imagens médicas, tais como: tomografia computadorizada, ultrassonografia e medicina nuclear, e, nos anos 80, o advento da ressonância magnética nuclear, da subtração digital e da própria CR fez com que o uso do termo ―imagem digital‖ necessitasse ser redefinido, pois não mais representava uma tecnologia ou método diagnóstico; todas essas tecnologias fazem uso de sistemas computacionais cujo produto final são imagens digitais. Ainda assim, apesar de claramente em queda, e de todos os avanços tecnológicos desses anos, em média 56% dos procedimentos diagnósticos realizados nas instituições médicas em todo o mundo ainda correspondem a imagens geradas no sistema tela- filme. Com o conhecimento adquirido nas demais áreas diagnósticas, associado ao desenvolvimento tecnológico dos sistemas de informação compu- tadorizados (processadores mais potentes e mais rápidos, capacidade de guardar e resgatar quan- tidades cada vez maiores de dados digitais com segurança, eficiência e a custos continuamente decrescentes, possibilidade de transmissão de dados digitais cada vez mais rápido e em maior quantidade, etc.) e ao avanço das tecnologias de captura digital (aumento da luminância dos mate- riais fotoestimulados, durabilidade e resolução das placas de imagem, entre outras), tornaram técnica e economicamente viáveis aos sistemas de radio- grafia digital desafiar e pôr em xeque a sobrevi- vência dos sistemas análogos ou convencionais. Nasce então, e se diversifica nos anos 80, a chamada radiografia ou radiologia digital (digital X- ray systems - DX). Como os sistemas de raios X digitais têm muitas facetas diferentes (tecnologia de aquisição, processamento e dis- ponibilização da imagem médica), o fato de uma imagem ser digital não reflete precisamente a qualidade e a quantidade da informação médica que essa imagem fornecerá e por conta disso uma classificação correta e adequada se faz necessária também dentro das submodalidades radiológicas O termo ―sistemas da radiologia diagnóstica‖ - DX representa uma gama de submodalidades radiológicas que produzem, através da radiação X, imagens médicas digitais, que, por sua vez substituem o sistema tela-filme, excluindo-se todas as demais submodalidades que não fazem uso da radiação X na aquisição de imagens médicas diagnósticas (ressonância, ultrassonografia, cinti- lografia, patologia), porém, incluindo a tomografia computadorizada, apesar de esta utilizar radiação X como fonte geradora de imagens médicas. Um sistema classificado como DX é constituído de, no mínimo, uma interface com o usuário, um sistema detector da radiação X, um sistema para processamento de imagens (dados digitais recebidos pelo sistema detector) e uma interface que permita a conexão deste com uma rede digital, que pode ser composta por impressoras, estações de trabalho, servidores de armazenamento ou redirecionamento, entre outras possibilidades. Alguns sistemas estão totalmente integrados com outros componentes, como os tubos de raios X, gerador e sistema de posicionamento do paciente (mesa ou bucky-mural). Outros fazem uso de equipamentos de raios X já existentes e simplesmente substituem o filme ou o duplicam digitalmente. A principal diferença entre sistemas DX e o sistema tela-filme é o conceito de que uma imagem digital concebida por sistemas DX é formada de um conjunto de 0 e I, ou seja, bits e bytes, podendo ser duplicadas, armazenadas, recuperadas, transmitidas e modificadas digitalmente como qualquer outro dado computacional. Estas são a causa do grande sucesso desses tipos de sistemas, características que trazem grandes vantagens sobre o sistema convencional, principalmente para instituições que já entraram na era da informatização. Na maioria das vezes, a classificação e a termi- nologia dos diversos sistemas DX foram ut izadas de forma inadequada, em parte por desconheci- mento desses detalhes e, em parte, pelo fato de que na área médica diagnóstica a tecnologia não se substitui, somente se soma às novas tecnologias, ajustando-se às preexistentes. Como tudo que era digital representava algo novo e informações precisas não chegavam na mesma velocidade que a tecnologia, até mesmo os profissionais da área recorriam ao conceito popular de que tudo que é digital é bom e melhor, o que nem sempre éfato, especialmente na área médica. Até hoje, em especial no Brasil, a tecnologia da placa de fósforo sensibilizada e lida pela radiografia computadorizada, ou CR, como é popularmente chamada, tem se mostrado a melhor e mais popular alternativa para aquisição de imagens radiográ- ficas digitais, objeto de discussão detalhada deste capítulo. Os sistemas CR têm a vantagem de ser totalmente compatíveis com os atuais equipamentos desenhados para trabalhar com o sistema tela-filme. Entretanto, apesar das evoluções alcançadas, o tempo de obtenção da imagem digital, que hoje é menor do que o processamento de um filme análogo, ainda é superior a outras tecnologias disponíveis, como os sistemas DR. Uma coisa é certa: tanto os CRs como os DRs vieram para ficar e a mudança para qualquer uma dessas tecnologias é apenas uma questão de tempo. A pergunta não é se, mas quando migrar para a nova tecnologia. Mesmo porque, quem não o fizer está fadado à extinção. Dadas as enormes diferenças culturais e, principalmente, financeiras que caracterizam nosso País, um tempo igualmente enorme deve transcorrer até que isso aconteça de forma definitiva. Apesar do advento dessas e outras tecnologias ultramodernas CT multi-slice, sistemas PACS/RIS, telerradiologia - Projeto Javari e outras) ainda existem no Brasil serviços diagnósticos por imagem que usam revelação manual, com filmes e chassis sensíveis ao azul. Sabe-se que, nos anos 90, esse sistema foi substituído pelo tela-filme sensível ao verde e, após a virada do século, ficou praticamente extinto em todo o mundo. 2. Matemática computacional da imagem digital A matemática possui um papel muito impor- tante na Radiologia. Conforme a complexidade dos fenômenos e processos radiológicos vai crescendo, quase sempre a Matemática oferece fórmulas ou diagramas que nos permitem com- preender e melhorar os fenômenos desejados. No que tange à área digital, os conceitos mais diretamente aplicados são os da área computa- cional, estatística e operações entre matrizes. Na base desses conceitos estão as operações com números complexos, logaritmos, cálculos de atenuação da radiação, medidas não lineares, cálculos diferenciais e integrais, compensação da eficiência do sistema detector (área, sinal, geo- metria etc.), trigonometria e geometria aplicados na relação com os equipamentos geradores de raios X e estatística avançada, como: distribuição da amostragem (gaussiana, binomial, poisson e outras), desvio-padrão e da média, coeficientes de correlação, regressão e variância, intervalo da amostragem e extrapolações. O que realmente pretendemos explorar é a compreensão da Matemática da formação e processamento de uma imagem digital. Na introdução, mencionamos o fato de uma imagem digital ser formada por bits e bytes. Mas o que isso significa? Comecemos por dissecar o conceito de ima- gem analógica. Imagens ou dados analógicos são contínuos no domínio espaço-tempo, contínuos no valor que o definem e existem somente no plano bidimensional, ou seja 2D. Exemplos de informações ou sistemas analógicos: uma régua, um relógio de ponteiros ou o pulso de um sinal elétrico medido em um osciloscópio. Já as imagens ou dados digitais são os discre- tos no domínio espaço-tempo, um arranjo bidi- mensional que possui valor numérico único como representação de uma amostragem real ou sintetizada. É representado por um conjunto finito e discreto de números inteiros. Figura I Exemplo de uma imagem digital pura. Uma matriz de números (X,Y) na qual o conteúdo é a informação Bit e byte Bit é a abreviação de binary digit, ou seja, dígito binário, que é a codificação numérica que um sistema computadorizado utiliza para a realização de suas tarefas internas. Qualquer sinal ou informação que venha de um equipamento radiológico e que necessite ser processado em um sistema computacional precisa, antes de mais nada, ser convertido na base binária. O bit é o menor dos elementos de um sistema digital e pode ter somente dois valores: 0 ou I. Para ilustrar esses valores, tomemos como exemplo um interruptor de luz: se ligado, atribuímos a ele o valor digital l. Se desligado, o valor digital 0. A Tabela I apresenta um comparativo entre algumas bases matemáticas de representação numérica. Além da decimal, também estão representadas as bases binárias, octagonal e hexadecimal. As duas últimas são muito utilizadas em processos matemáticos computacionais, quando programas apresentam problemas insolúveis para a base binária. As medidas dos bits de uma imagem digital representam o resultado medido (analógico) e convertido (digitalização do pulso inicial) em um valor discreto. Este valor representa a quantidade de informação que chegou ao sistema de captura digital (seja ele qual for), transmitido através de um objeto de estudo (um osso, por exemplo), fornecendo, dessa forma, o nível de cinza da imagem digital. Tabela I Quatro sistemas numéricos matemáticos e suas representações A Figura 2(A) mostra a construção em blocos e como essa estrutura é utilizada para formar unidades maiores. Os bits podem ser agrupados em grupos de 8 unidades, que constituem um byte, perfazendo a máxima contagem decimal de 256. Um byte, elemento formado por 8 bits, pode apresentar 256 variações distintas, ou matematicamente calculando: 2 8 = 256, onde 2 representa as possibilidades do resultado do bit (0 ou I) e 8, o tamanho do elemento que o sistema computacional consegue contabilizar ao máximo. Os bytes podem ser agrupados adicionalmente em palavras de 2 bytes, ou seja, dois grupos de bytes (2B), formando uma palavra de 16 bits. Nesse caso teremos 65.000 possibilidades decimais (2 16 ), o que foi o primeiro e mais básico tamanho de uma palavra, utilizada por sistemas computacionais no início da década de 1980. Atualmente, a maioria dos sistemas computacionais possui como padrão uma palavra de 4 bytes, ou seja, 32 bits (2 32 = 4,3x10 9 números decimais), mas já existem sistemas trabalhando com palavras de 64 bits, visando tornarem-se mais rápidos e processarem um número maior de informações, reduzindo e facilitando operações complexas como as que encontramos nos sistemas geradores de imagens digitais na área médica. Em geral, o olho humano reconhece aproxi- madamente 100 tons de cinza. Um radiologista treinado consegue quase dobrar essa marca. Na prática, isso quer dizer que o olho humano reconhece diferenças da ordem de 8 bits (2 8 = 256 níveis de cinza). Mesmo assim, continuamos desenvolvendo sistemas com maior capacidade, pois, apesar de o olho humano não conseguir reconhecer essas diferenças em sistemas com 10 bits ou mais, está comprovado que os outros tons de cinza contêm informação relevante ao diagnóstico médico. Os sistemas computacionais e a tecnologia desenvolvidos nessa área (por exemplo, Computer- Aided Diagnostic - CAD) conseguem capturar as informações dessas estruturas matriciais e trazê-las de forma legível para o radiologista. Amostragem e quantização Na prática, todas as medidas realizadas nos sistemas de captura digital ainda representam, na sua essência, medidas colhidas no domínio analógico. Todas as medidas são convertidas por um conversor analógico-digital, também conhecido como Analog to Digital Converter (ADC), conforme demonstrado na Figura 3, que traz um gráfico no qual vários níveis de tensão são convertidos em seus equivalentes binários. O processo de coleta de informações sobre um objeto em estudo chama- se amostragem (no nosso caso, o objeto é a imagem médica e a amostragem, a medida em si). A conversão dos valores medidos na captura analógica parao sistema digital denomina-se quantização. A acurácia da quantização depende do número de bits usados, o que influencia diretamente a qualidade do produto final obtido. Como exemplo de quantização, veja a Tabela 2, em que o número de apenas 6 bits foi considerado. Tabela 2 Exemplo de quantização de baixa resolução (6 bits) Na figura abaixo temos duas condições de quantização, uma com ―n‖ bits e outra com ―2n‖ bits. Veja como a acurácia da quantização melhora consideravelmente no segundo caso. Mas esse tipo de processo costuma consumir um tempo maior do que no primeiro caso. Por isso, a quantização ideal depende do tipo de sistema computacional utilizado no processo e de quantos bytes o sistema pode processar (16, 32 ou 64 bits). Figura 3 Conversão de medida analógica de sinais de tensão (eixo X) para valores digitais (eixo Y), apresentando a digitalização por passos Não é somente a quantização que responde pela qualidade da informação apresentada. A amostragem, etapa que a antecede, também possui variáveis importantes no processo. Amostragem é a representação analógica da informação do objeto que, no caso de uma imagem, em geral remete a um sinal em forma de onda eletromagnética. Como essa onda oscila ou se move com o tempo, as perguntas adequadas são: com que frequência devemos colher medidas dessa informação? Qual a frequência da amostragem? Medidas muito lentas poderão perder flutuações com frequências mais rápidas? Medidas muito frequentes colherão uma quantidade excessiva de dados, gerando a ne- cessidade de processos computacionais e de armazenamento muito elevados, o que poderia acarretar outros tipos de problemas. Na Figura 4 observamos um sinal analógico amostrado, de três formas diferentes, antes de sua conversão analógico-digital. No exemplo A o sistema foi amostrado um pouco mais do que o necessário para sua reconstituição. No exemplo B a amostragem foi realizada com uma frequênciaequivalente à metade do exemplo anterior e representa a menor frequência para a amostragem, sem que se perca informação de forma crítica; essa é conhecida como ―frequência de Nyquist‖ (de Harry Nyquist, matemático americano, 1889-1976). Amostragens com frequência inferiores à de Nyquist resultam na perda de dados de baixa densidade, como demonstrado no exemplo C. podendo levar à ocorrência de artefatos nos processamentos digitais da imagem original, também chamada de ―dados crus' ou raw data. Figura 4 Forma de onda senoidal (A) amostrada. Em (B) forma de onda na frequência de Nyquist, o que garante a acurácia na digitalização do sinal. Amostragem com menos pontos (C) não representa o sinal original, que agora possui frequência inferior. Certamente esta informação apresentará artefatos Pixel O elemento da figura (do inglês picture ele- ment) ou pixel, como é chamado na prática, é o menor eíemento que compõe uma imagem digitai. A imagem digital é, em princípio, uma matriz bidimensional. na qual sua posição (X, Y) equivale as coordenadas da matriz (I, J), e o valor que car- rega em cada coordenada representa o resultado já quantizado da amostragem da informação (nível de cinza) da respectiva posição em relação ao ob- jeto original (a área anatômica que foi radiografa- da), conforme demonstrado na Figura 5. Figura 5 Digitalização do sinal de uma linha do escaneamento de uma imagem em uma placa de fósforo (IP), demonstrando a quebra da continuidade da linha de onda na conversão para o formato de valores discretos digitais. Neste exemplo, a figura decimal intermediária foi convertida para o formato binário. Matrizes utilizadas na área radiológica podem ser de baixíssima resolução, sendo constituídas de 32x32 pixels, ou chegar a uma alta resolução, com 2.048x2.048 pixels. Entretanto, quando entramos no mundo das imagens digitais radiográficas, esses números extrapolam a média em relação às demais modalidades. Uma imagem de CR em geral possui uma matriz de 2.048x2.560 pixels enquanto uma imagem de CR de mamografia pode chegar a 4.800x6.000 pixels. Já uma imagem de DR para mamografia, tecnologia direta, em geral possui imagens com matriz de 3.328x4.096 pixels. Para calcular quantos pixels compõem uma imagem digital, basta multiplicar a quantidade de elementos (pixels) do eixo X pela quantidade de elementos do eixo Y de uma matriz. Por exemplo: se dizemos que uma imagem foi adquirida em uma matriz de 5 12x5 12, significa que ela possui 5 12 elementos em cada eixo, logo é formada por 262.144 pixels. Em algumas modalidades, como no caso da tomografia computadorizada, ultrassonografia, cintilografia e ressonância magnética nuclear, podemos escolher a matriz de aquisição na qual a amostragem será realizada. Mas nem todas as modalidades digitais permitem esse tipo de escolha. Outro ponto importante é que nem sempre as matrizes são quadradas, como no exemplo acima, podendo ser, como é a realidade das imagens radiográficas, matrizes retangulares. No caso de uma imagem de CR de mamografia adquirida, por exemplo, em um chassi I8x24cm, a matriz é de 3.584x4.784, ou seja, sua imagem é formada por 17.145.856 pixels. O número de pixels de uma matriz de uma placa de fósforo (IP) de um CR corresponde à resolução espacial da imagem digital desse IP (Figura 6). Impressoras a laser padrão (300 dpi) possuem matrizes de impressão de 4.096x5.120 (para um filme 35x43cm), ou seja, 20.971.520 pixels. Já as mais modernas, com resolução de 650dpi, além de utilizarem tecnologia a seco, podem chegar a matrizes em torno de 45.438.294 pixels (para o mesmo tamanho de filme - 35x43cm) Figura 6 Campo esquemático de um detector digital com uma matriz de imagem retangular apresentando duas situações: exata sobre o detector e superestimando seu FOV A direita observamos valores individuais de pixel, para três tamanhos diferentes de matrizes: 64x64, 128x 128 e 256x256, e suas respectivas contagens por pixel, considerando o valor da contagem (amostragem) e tamanho de um único pixel na matriz 64x64 Tamanho da imagem O tamanho de uma imagem digital é uma va- riável importante no momento de considerar o tipo e a capacidade da rede de transmissão de que necessitamos em um serviço digitaliza- do de diagnóstico por imagem, além da capacidade de um sistema de arquivo de imagens digitais, se esta for a realidade da instituição. Ao enviar uma imagem digital, é muito comum descobrir que a rede de imagens não está separada da rede de dados, o que pode ocasionar: que a imagem enviada bloqueie o tráfego de outros dados, considerando seu tamanho e protocolos de envio, ou a imagem não consiga ser enviada, afetando o resultado da rotina diagnóstica da instituição. Essa informação também é valiosa quando desejamos planejar a vida média das imagens dentro do sistema de captura de imagens digitais, uma vez que esses dispositivos não foram desenhados para armazenar indefinidamente as imagens obtidas pelo equipamento em uso na rotina diagnóstica. O cálculo do tamanho de uma imagem é simples e consiste no produto da matriz, ou número de pixels de uma imagem pelo seu tamanho digital, ou seja, o número de bytes que compõem a imagem. Considere uma imagem radiográfica digital de CR de um tórax no leito, adquirida em um sistema que possua 4.096 tons de cinza. Como vimos, geralmente adquire-se uma imagem de CR não mamográfica em uma matriz de 2.048x2.560, ou seja, 5.242.880 pixels. Se essa imagem foi adquirida em um sistema com capacidade de captura de 4.096 níveis de cinza, isso significa que 4.096 equivale a 2X, onde ―X‖ é o número de bits no qual o sistema realiza sua amostragem. Fazendo a conta inversa, chegamos aoresultado de X= 12 bits, em outras palavras, 2 bytes (lembrando que um byte é composto por até 8 bits e 2 bytes por até 16 bits). Então podemos dizer que o tamanho da imagem gerada nesse sistema é de: 2.048x2.560x2, ou seja, 5.242.880x2 = 10.485.760 bytes. Usando uma linguagem mais coloquial no meio computacional, podemos resumir o resultado afirmando que nossa imagem tem aproximadamente 10,5MB (megabytes). Resolução Entende-se por ―resolução de uma imagem medica digita!" o valor originalmente medido ou calculado em pares de linha por milímetro (line pairs per mm), representado mundialmente pela unidade Lp/mm ou Lp.mm-I. Nessa unidade, a resolução de um sistema é definida pela equação l/2p, onde “p" é o tamanho do pixel em mm e representa uma outra forma de expressar a resolução de um sistema. Além dessas duas possibilidades (Lp.mm-1 ou ―p‖ em milímetros - ou microns), a resolução também pode ser repre sentada por pixels por milímetro (pixels/mm), isto é, a quantidade de elementos de imagem (p ixe Is) contidos em uma dada unidade de comprimento (milímetro, no exemplo). Essas são as três formas de apresentação que o mercado de sistemas digitais utiliza para relatar informações. Converter unidades é tão simples quanto converter polegadas em centímetros. Por motivos diversos, os fabricantes costumam usar unidades diferentes para especificar a resolução de seus sistemas digitais e costumam adotar padrões diferentes de unidades para soluções distintas, como é o caso das impressoras a laser, mencionado no exemplo da figura 6. O tamanho do pixel depende do tamanho do detector, seja este um sistema de tecno-logia direta em que o detector é chamado de field of view (FOV), seja do tamanho do cassete digital para os sistemas CR. O tama-nho do pixel é obtido dividindo-se o FOV, ou área do cassete, pela matriz de aquisição do sistema. Para ilustrar, analisemos o caso apresentado na Figura 7. Vamos calcular a resolução de um sistema de impressão a laser úmida, no qual o filme será de 35x43cm impresso em uma matriz de 4.096x5.120 pixels. Uma curiosidade desses casos é que, tradicionalmente, impressoras a laser têm suas resoluções expressas em pontos por polegada (dots per inch — dpi), em vez de unidades do sistema internacional (SI). Aplicando a expressão: Logo, podemos dizer o tamanho do pixel será a raiz quadrada do resultado da expressão, ou seja, p vale 3,4x10-3 polegadas, ou 3,4 milipolegadas, ou ainda, aproximadamente, 0,1 mm. No exemplo da Figura 7, o método é o mesmo, porém, em vez de calcular o tamanho do pixel, o cálculo representa o número de pixels que cabem em uma polegada, que, na prática, traz a mesma informação, pois um é o inverso do outro: resolução em dpi = I /p Figura 7 Cálculo da resolução em dpi para uma impressora a laser Vejamos outro exemplo interessante: suponha um filme com 35x43cm (14"x 17") digitalizado em um scanner com matriz de aquisição definida em 1.024x1.024. Esse sistema terá um tamanho de pixel de 0,38mm, ou seja, a resolução do sistema será de I ,32Lp/mm. Mas, nesse caso, o resultado nos apresenta uma inconsistência física. Sabemos que o filme possui resolução da ordem de 3Lp/mm, porém, o equipamento em questão possui uma resolução da ordem de 0,5Lp/mm. Como o sistema que está digitalizando um filme pode melhorar a resolução da informação inicial? Isso é fisicamente impossível. Logo, o resultado apresentado pelo cálculo apresenta uma inconsistência clara. Por outro lado, se focarmos na informação da resolução do filme versus a resolução obtida no cálculo, significa ter um sistema digitalizador que está perdendo 43% da informação, o que seria péssimo e fora da realidade dos sistemas que operam essa tecnologia. Isso significa dizer que não basta fazer as contas para calcular a resolução de um sistema ou solução. E imperativo a atenção à lógica dos resultados, pois a resolução de uma imagem digital não pode jamais ser maior ou superior à dimensão da resolução da informação original. Em geral, a resolução de uma informação digital (imagem propriamente dita) será a mesma do sistema que a gerou. Uma informação oriunda de uma matriz 1.024x 1.024 em um sistema que possui intrinsecamente a resolução de 0,5Lp/mm, jamais poderá apresentar um resultado de I ,25Lp/mm. O valor de um par de linha por milímetro (1 Lp/ mm) requer uma resolução equivalente de 2 pixels por milímetro ou também equivale a dizer que o tamanho do pixel é de 0,5mm. Da mesma forma, se tivermos um sistema com resolução de 5LP/mm, equivale a dizer que a mesma também pode ser apresentada como 10 pixels/mm, ou declarar que o tamanho do pixel é de 0,1 mm. Figura 8 Variações da resolução espacial de um mesmo objeto Resolução do pixel na matriz (X, Y) Façamos um exercício prático de resolução, partindo da seguinte hipótese: sabemos que um filme de mamografia, como o MinR 2000, da Kodak, possui um tamanho de grão equivalente ao pixel de 25pm (20Ip/ mm de resolução), para um filme do tamanho I 8x24cm. Qual deve ser o tamanho da matriz para que um detector de mesma área possua a mesma resolução? (Resposta e análise no final do item 7, à página 295). Processamento da imagem A imagem adquirida pelos sistemas digitais (raw data ou row image) precisa passar por processamentos para que assuma as características de uma imagem diagnóstica verdadeira. Consegue-se esse processo através de operações matemáticas entre matrizes, como as apresentadas de forma bastante básica neste capítulo. O processo dominante realizado nos computadores dos sistemas digitais nessas operações é a convolação. Essas operações são realizadas separadamente em cada etapa do processamento da imagem até que a imagem final possa ser apresentada. Cada fabricante possui um processamento com características e métodos específicos para sua tecnologia de captura. Os sistemas digitais são extremamente interdependentes e, por isso, os processos matemáticos também são específicos. Mas, de forma geral, todos os sistemas apresentam as seguintes etapas: identificação do histograma da imagem, realce de contraste, detecção e realce das bordas, segmentação e distribuição das frequências espaciais e valores dos pixels, processamentos específicos e diferenciais, tais como Premium View (GE), PEM (Fuji) e EVP (Kodak). Figura 9 Etapas de um processamento digital de um CR partindo do seu dado bruto (A), passando pela detecção de bordas (B), calculando a área dos pixels ativos da imagem (C), segmentação (D), histograma associado (E), realce de contraste nos pixels ativos (F), aplicando curva LUT associada (G), calculando a área a ser colimada (H) e a concepção final da imagem com base nos parâmetros preestabelecidos para as etapas anteriores. A Figura 9 ilustra a sequência do proces- samento de uma imagem desde a aquisição até a finalização e envio a uma impressora ou estação de trabalho. A seguir, a ilustração matemática [Figura 10 (A)] de um dos processamentos aplicados sobre uma imagem, a saber, uma convolução para realce das bordas da imagem. A matriz da esquerda representa o kerne! relativo ao processamento desejado; no centro, a matriz da imagem adquirida (row data) e. a direita, o resultado final da operação realizada. A Figura 10 (B) mostra uma visão expandida da convolução de um dado kernel sobre uma matriz qualquer em que cada plano representa uma parte das etapas da convolução. No último plano, temos o resultado final da operação de convolução entre o kernel e a matriz. Figura 10 Convolução de matrizes com Kernel para realce de bordas A maioria das operaçõesmatemáticas nesta fase é realizada no chamado ―domínio de frequências‖, e não no domínio espacial (plano cartesiano), como estamos acostumados. Joseph Fourier (1768-1830), famoso matemático francês, descobriu em suas pesquisas que através de suas equações - transformadas em Fourier - podemos realizar processos de ajuste de contraste, realce de bordas, remover o fundo de uma imagem por meio con- volução espacial. Essas operações podem ser realizadas mais fácil e rapidamente se passarmos do domínio espacial, que é representado pela imagem convencional, para o domínio de frequência, em que os dados podem ser modificados na matriz da imagem por algoritmos que ele descobriu. 3. Princípios físicos da imagem digital Em sistemas digitais de imagens médicas, as mudanças não se apresentam somente no sis-tema de captura, mas também na forma e nos métodos de avaliação. No entanto, a física da aquisição permanece a mesma. Novas variáveis passam a participar ativamente dos processos inerentes, trazendo maior número de informações e controles sobre a qualidade das imagens produzidas. É muito importante lembrar qué em sistemas digitais os cuidados e teorias variacionais (aquelas aplicadas a pacientes que se diferenciam do chamado ―homem padrão‖ - indivíduo de l,70m, pesando 70kg) com os parâmetros aplicados na radiologia analógica permanecem ou até se acentuam. Os principais parâmetros físicos que devemos observar e analisar - cujos resultados devem, no mínimo, ser comparáveis ou iguais aos sistemas análogos - são: a resposta da exposição, latitude (dynamic range), resolução espacial, resolução de contraste, relação sinal-ruído (signal to noise ratio - SNR), eficiência quântica de detecção (detective quantum efficiency - DQE), dose de exposição, resolução do sistema (captura + estação de processamento + sistema de saída - output), algoritmo de amostragem (modulation transfer function MTF) e quantização (frequência de Nyquist). Sistemas digitais costumam ter velocidades de sistema entre 100 e 400, enquanto os sistemas analógicos podem, dependendo da combinação tela-filme, ter velocidades entre 100 e 1.000, sendo sistemas de velocidade 100 aqueles de alta resolução e os de velocidade 400, aqueles que atendem propositos gerais. Em sistemas digitais, as operações que dependem da imagem são todas independentes, pois esta é distribuída ao mesmo tempo para todas as etapas do processo, conforme apresentado na Figura I I. Figura 11 Fluxo de informação a partir da imagem digital, comparado com a analógica Os sistemas digitais, em geral, classificam as densidades do corpo humano em cinco categorias radiográficas: gás, gordura, fluido, osso e metal, respectivamente relacionadas a pulmão (ar), tecido mamário ou adipose, coração (80% de seu interior é preenchido por sangue), ossos e cálculos, próteses metálicas, obturações, etc. Essa segmentação serve para facilitar processamentos futuros, pois as características de densidade desse grupo são muito diferentes entre si. Básico Desejamos que a imagem radiografada seja análoga, seja digital, represente o objeto original da melhor forma e com a maior fidelidade possível. O que se busca na imagem é que ela se apresente com o contraste adequado, fornecendo uma densidade óptica representativa do objeto radiografado e, preferencialmente, com uma resolução igual ou superior à das patologias ou doenças que pretendemos avaliar. A obtenção de imagens de boa qualidade depende muito da técnica radiográfica selecionada pelo operador técnico e está inteiramente relacionada com a densidade e o contraste dela obtidos. Dos parâmetros apresentados, o contraste radiográfico é aquele cujo efeito permite visualizar as estruturas internas do corpo humano (tecidos). Dependendo das propriedades desses tecidos, tais como densidade (atenuação aos raios X), espessura e composição bioquímica, elas serão reveladas com diferentes tons de cinza em uma imagem radiográfica. O contraste está diretamente relacionado a essas diferentes densidades e categorias radiográfi- cas para cada tipo de tecido. A densidade óptica, segundo importante parâmetro, é a grandeza associada ao grau de enegrescimento da imagem radiográfica. Áreas escuras de uma imagem, em pixels de alta densidade óptica, são aquelas que representam tecidos de menor densidade (tecidos moles), enquanto as áreas mais claras, em pixels de baixa densidade óptica, representam os tecidos de maior densidade (tecidos ósseos). Observe que densidades opticas baixas representam densidades altas do tecido, e vice-versa. A resolução de uma imagem ou sistema digital pode ser definida como a capacidade de visualizarem, em pixe/s diferentes, estruturas do objeto que se encontrem muito próximas e/ou possuam diferenças acentuadas em seus contrastes, separados entre si na imagem (Figura 12). A resolução é a habilidade de um sistema de registrar detalhes. A capacidade de separação das estruturas próximas do objeto dependerá também do contraste entre os objetos e o fundo. Figura 12 Resolução da imagem digital Sob o ponto de vista da técnica escolhida para a geração da imagem radiográfica, podemos dizer que a densidade depende tanto da energia (quilovolt - kV) quanto da quantidade (miliampère- segundo - mAs) dos fótons incidentes. O contraste depende diretamente da quilovoltagem (kV) e da radiação secundária (espalhamento). Logo, tanto a densidade como o contraste de uma imagem continuam sendo controlados pelo quilovolt (kV), pelo miliampère-segundo (mAs) e pelas distâncias selecionadas no momento de uma aquisição. A diferença é que esses parâmetros - densidade e contraste da imagem - também poderão ser ajustados ou modificados eletronicamente através do processamento da imagem após sua aquisição. Uma boa notícia é que a tecnologia traz um excelente aliado para ajudar a garantir a qualidade das imagens de uma radiografia digital que acompanha cada imagem, individualmente. É um parâmetro digital que representa a média dos pixels de uma imagem e de seus respecti- vos desvios-padrão, considerando 80% da área da imagem, também definido como área dos pixels válidos, ajustado de forma matemática para cada fabricante e considerando as particularidades de cada sistema. Cada fabricante possui um método específico para calcular essa informação e também adota um nome diferente para esse índice. Entre os fabricantes de CR, esse parâmetro vem sendo definido como índice de exposição pela Kodak, IgM pela Agfa e sensitividade pela Fuji. Em sistemas digitais, o comportamento da imagem diante da técnica de aquisição escolhida muda em um aspecto: a qualidade de contraste e da imagem em si depende muito mais da quilovoltagem do que da miliampe- ragem-segundo. Imagens analógicas possuem uma dependência maior no produto corrente vezes tempo (mAs). Isso se deve ao fato de que a curva característica de sistemas digitais é diferente da curva de um sistema com filmes (Figura 13), no qual o sistema digital possui uma sensibilidade maior nas áreas de baixa exposição e baixa energia e, consequentemente, oferece maior latitude (dynamic range) à imagem. Além disso, o quilovolt é o responsável pela absorção diferencial dos tecidos, especialmente para exames realizados com grades, enquanto o sistema écran-filme é mais sensível à radiação dispersa de baixa energia. Essa característica operacional permite que possamos diminuir a dose nos exames, melhorando ainda mais a qualidade das imagens. A imagem radiográfica de qualidade ideal é aquela que permite ao radiologista observar adequadamente as variações dos tecidos e estruturas anatômicas. Figura 13 Gráfico apresentando a curva sensitométricacaracterística de diversos filmes analógicos e a curva característica de um sistema digital. Para diferentes sistemas digitais, a diferença entre as curvas será eventualmente a inclinação da reta mas todos têm a mesma resposta linear com a exposição Processamento digital De posse de uma imagem obtida de acordo com as recomendações acima, podemos garantir que os parâmetros predefinidos no sistema para processamento da imagem capturada fornecerão, em 80% a 90% dos casos, imagens que não necessitam sequer passar por ajustes de brilho ou contraste antes de serem liberadas para seus destinos finais (lembramos que os parâmetros dos filtros são definidos para uma dada condição de contorno, ou seja, possuem limites, apesar de sua elasticidade em relação a sistemas analógicos). Trabalhar com um sistema digital dentro de suas condições operacionais garantirão aumento de produtividade de 20%, no mínimo, para um serviço radiológico, podendo chegar a 43% quando se trata de uma rotina analógica. Eficiência Quântica de Detecção (DQE) A Eficiência Quântica de Detecção, mais co- mumente chamada DQE, é a função de transferência que mensura as características da saída para um sistema comparado com sua entrada. DQE é a medida da eficiência entre a informação transferida e a transmitida, ou então a medida entre a Relação Sinal-Ruído (SNR) da exposição incidente sobre a informação da imagem original (Figura 14). Em condições usuais, a DQE é sempre menor que I, dados os muitos componentes imperfeitos dos diversos sistemas. Em um sistema ideal, a saída será igual à entrada. Logo, DQE = I. Figura 14 Equação do DQE considerando a relação sinal-ruído e o valor do sinal do objeto Na Figura 15(A) temos cinco curvas DQE distintas de sistemas geradores de imagem analógi-ca (filme InSight Kodak) com digitais (TFT com DR indireto - GE, TFT com DR direto - Hologic/ Lorad, e CR da Fuji, para raios X e mamografia). No gráfico (B seguindo a legenda de cima para baixo, temos quatro curvas de DQE, respectiva- mente, do sistema DR direto com TFT de selê- nio- amorfo (Lorad), tecnologia CCD (Fischer), tecnologia DR indireto de TFT com lodeto de Césio (GE) e sistema écran-filme azul. Figura 15 Gráficos do comportamento da DQE entre diferentes tecnologias digitais e tipos de filmes Função Transferência de Modulação (MTF) A Função Transferência de Modulação (MTF), ou Modulation Transfer Function, é uma curva utilizada para, em um sistema de imagem ou nas várias partes do sistema, medir a capacidade de reproduzir a informação recebida. E uma forma de medir indiretamente a resolução. Uma MTF com valor igual a I significa que o sistema conse gue entender e armazenar 100% das informações recebidas. Se MTF = 0, significa que nenhuma informação conseguiu ser guardada nem será reproduzida. E uma grandeza importante para comparar vários sistemas. Abaixo podemos ver as curvas de medidas da Função Transferência de Modulação dos quatro sistemas digitais que serão apresentados no item 5. A Função Transferência de Modulação foi medida em unidades individuais de cada tecnologia e não são, necessariamente, representantes da melhor performance. A MTF varia consideravelmente entre os diferentes sistemas, em razão das diferenças entre os tamanhos dos detectores e também porque as fontes de sinal são diferentes. Na Figura 16 (A) temos um gráfico com os dados de dois sistemas écran-filme (SF = sistema filme e SF-mammography = sistema tela- filme de mamografía). Há também o CR e o DR indireto (I OOfum). Já na Figura 16 (B), temos um gráfico com os seguintes sistemas digitais para mamografía: detector Tipo I - Detector flat panel de fósforo de lodeto de Césio (Csl) composto de silício amorfo e uma larga matriz de fotodiodos de transístores de filme fino (TFT) para leitura: Tipo 2 - Fósforo de lodeto de Césio (Csl) composto por matriz de CCD (charge-couple device). A matriz do detector alongado e um feixe de raios X colimados varrem a mama em conjunto para adquirir a imagem; Tipo 3 - placa de fósforo fotoestimulável com sistema de dupla leitura; Tipo 4 - detector flat panel de conversão direta composto por selênio-amor- fo (Se-a), conjugado com matriz de eletrodos tipo switch e fotodiodos de transístores de filme fino (TFT). Na curva (C) temos mais dois sistemas novos, o CR da Fuji para raios X e o filme InSight da Kodak. Figura 16 (A) O diagrama apresenta quatro tipos de sistema: SF é filme plano, SF mammography é o filme mamográfico e o TFT Digital é o direto (Lorad). (B) O diagrama apresenta quatro tipos de sistemas digitais para mamografía. Tipo I: detector utilizado pela GE em seu sistema de mamografía digital DR indireto. Tipo 2: detector utilizado pela Fischer em seu sistema de mamografía digital DR indireto. Tipo 3: detector utilizado pela Fuji em seu sistema CR para mamografía. Tipo 4: detector flat panel de conversão direta composto por selênio-amorfo (Se-a) utilizado pela Lorad/Hologic em seu sistema de mamografía digital DR direto. (C) Temos cinco curvas diferentes, sendo uma amostra preestabelecida pela MTF Relação sinal-ruído (SNR) Ruído é um sinal continuamente presente nos sistemas de imagens, especialmente nos digitais, por conta da eletrónica, que reduz nossa capacidade de entender o sinal. Está sempre presente nas imagens digitais. Quanto menor o ruído, maior a relação sinal-ruído e melhor a qualidade da imagem obtida (contraste). O ruído será mais prejudicial para objetos cuja relação de contraste em seus tecidos é baixa. Ele é o fator mais importante quanto à limitação dos sistemas. * Ruído Quântico Equivalente (NEQ) * Efetivo: número de fótons no processo de formação da imagem Figura 17 Fórmula do Ruído Quântico Equivalente São fontes de ruído: moteado quântico, ruído eletrónico e mecânicos do sistema, ruído dos processos de amostragem e quantização, anatomia do paciente e estruturas fixas, bem como grades ou outras partes do sistema. A relação sinal-ruído pode ser utilizada para descrever a detectabilidade de um objeto par-ticular sobre uma condição de exposição especificada. Como muitos objetos possuem um contraste relatívamente baixo em suas estruturas, ruídos de alta frequência diminuirão o DQE na região de frequências úteis da imagem digital. Provavelmente o impacto nas imagens clínicas não será muito grande, a exceção de sistemas que usam grades estacionárias, caso que abordaremos mais adiante, pois nessa situação, inevitavelmente, a imagem apresentará como resultado final o efeito Moiré. A profundidade em bits ou bytes necessária para o pixel possui estreita dependência com a latitude da imagem, os níveis de ruído e os métodos de amplificação do sinal. Em 1948, Albert Rose desenvolveu uma teoria sobre a capacidade de detecção de sinal e chegou à seguinte fórmula: SNR2=C2.N.A onde SNR é a Relação Sinal-Ruído (:signal to noise ratio), Céo contraste buscado, N é o número de fótons detectados divididos pela área do detector, e A é a projeção da área do alvo no detector. Na Figura 18, vemos a famosa imagem que Rose usou na demonstração de suas teorias. Figura 18 Imagens de Albert Rose com as diferenças entre os sinais de sua equação 4. Histórico O fenômeno da luminescência fotoesti- mulada, ocorrência em que o fósforo libera energia armazenada na forma de luz visível quando reexcitado por radiação infravermelha ou mesmo luz visível, ou outrostipos de onda eletromagnética, é conhecido há séculos, mas nunca chamou a atenção dos cientistas até que, em 1603, foi descoberta a pedra de Bolonha, na Itália. A desexcitação óptica somente foi descrita pela ciência em 1867. Em 1926, Hirsch propôs um meio de reter a imagem fluorescente por um período prolongado usando placas de fósforo para armazenar a imagem. Bastava aquecer a placa para poder observar em um quarto escuro a imagem armazenada ou para expor um filme. A luz vermelha servia para apagar a imagem, de forma que a placa de fósforo poderia ser reutilizada. Em 1941, W. E. Chamberlain colocou em perspectiva a necessidade de se ter um sistema que intensificasse a imagem fluoróspica, enfatizando como era limitante ter-se uma quantidade de luz tão pequena em telas fluo- roscópicas. Logo em seguida Irving Langmuir, um físico da General Electric, recebeu a patente por desenvolver um dispositivo capaz de intensificar opticamente a imagem fluoros- cópica. Mas, somente em 1948, o primeiro dispositivo foi fabricado comercialmente. Por volta dos anos 50, o uso de televisores começou a fazer parte dos sistemas fluoroscópicos, eliminando, então, os sistemas com espelhos ópticos e transformando a tecnologia mais amigável aos operadores. O uso do fósforo foi se desenvolvendo largamente nas aplicações ópticas com fluoros- cência e luminescência até que, em 1975, a Eastman Kodak Company patenteou o primeiro sistema de escaneamento de placas de fósforo utilizado para armazenar imagens, com capacidade de reutilização. Logo em seguida, vendeu a patente no mercado aberto por verificar que o custo dessa tecnologia era incompatível com os processos e custos do sistema então em uso, o écran-filme, que tinha sua relação custo-benefício extremamente bem estabelecida e com uma qualidade impecável. Em 1980, a Fuji patenteia um sistema CR com placas fotoestimuladas à base de fósforo, utilizadas para armazenar imagens originadas por um feixe de raios X. Essa imagem latente, por sua vez, era liberada através da exposição da placa de fósforo ao receber a incidência de luz laser de hélio- neônio. Em 1981, temos a primeira aparição de imagens de um sistema CR gerado pelo sistema FCR - Fuji Computed Radiography (FCR®) no Congresso Inter-nacional de Radiologia em Bruxelas (Bélgica). Em 1983, comercializa-se o primeiro sistema de CR utilizando a tecnologia de placas de fósforo pela Fuji, modelo FCR 101. No final dos anos 80, a comunidade médica começa a aceitar a tecnologia digital e então, em 1992, a Eastman Kodak Company lança seu primeiro sistema CR comercial (modelo KESPR 400). Somente em 1994 a Agfa-Gevaert N.V. introduz no mercado seu próprio sistema CR. Outras empresas entram no mercado com produtos CR; algumas com tecnologias próprias, como a Orex, e outras, com tecnologia mista, como a Philips, que utiliza o sistema leitor da Fuji, mas o sistema de processamento das imagens da própria empresa. No Brasil, o mercado de CRs se restringe mais fortemente à Kodak, à Fuji e à Agfa, mas, mundialmente, a presença da Cânon, Konica e Philips é mais marcante, mantendo-se as três primeiras na liderança mundial. O primeiro DR aparece somente em 1993 em um sistema pouco desenvolvido, o Thora- vision, da Philips. O sistema já utilizava a tecnologia de selênio-amorfo, mas o sistema tinha limitações geométricas. Em 1995, um prático dispositivo flat panel chama atenção: o diodo de filme-fino (TFT) aparece no mercado em composição com duas tecnologias diferentes - matrizes detectoras de silício-amorfo e matrizes detectoras de selênio- amorfo. Enquanto algumas empresas apostavam suas fichas nas tecnologias amorfas, acopladas a diodos de filme-fino, outras passaram a apostar em outras tecnologias. Uma das que acabaram se destacando foi o Charge-Couple Device (CCD). No segundo semestre de 1997, a Fuji introduz um sistema de CR com leitor de quatro gavetas e estações de trabalho com hardware baseado em sistemas PC. Seguindo essa filosofia, em 2001 a Kodak introduz um modelo para leitura de oito cassetes e a Agfa, um sistema para leitura de dez cassetes em um mesmo equipamento. Por volta de 2004, a Fuji lança um sistema diferente de tecnologia própria: a dupla leitura (dual-side reading) do modelo FCR XG5000/Profect CS. Hoje estão consolidadas mundialmente, na América Latina e no Brasil (veja Figura 19), as tecnologias CR com resolução delOO/im e 50/im (esta última para uso em serviços de mamografia) e, entre as tecnologias de captura DR, a de silício- amorfo e selênio-amorfo, mais fortemente que o CCD. Hoje os sistemas digitais médicos representam uma fatia cujos investimentos beiram US$ 5 bilhões, sendo cerca de US$ 7 bilhões apenas nos EUA 47% do mercado). No Brasil, estima- -se que esse mercado represente investimentos da ordem de USS 75 milhões, perfazendo 0,5% do mercado mundial. Cerca de 67% dos serviços radiológicos no mundo já estão digitalizados; destes, os serviços de radiodiagnóstico respondem por 75% e os Ttamograficos, 25%. O país que registra a maior marca de conversão da tecnologia analógica para a digTtal e o Japão, com mais de 95% dos serviços diagnósticos com sistemas CR ou DR. Figura 19 Distribuição de sistemas CR e DR no mercado mundial (MEDTECH, 2005). O padrão DICOM Não bastava a tecnologia radiográfica entrar na era digital. Para a solução atingir o sucesso esperado, era necessário que as modalidades se comunicassem entre si. Durante décadas, equipamentos médicos e sistemas diagnósticos, como estações de trabalho, servidores de armazenamento e distribuição, somente podiam se comunicar entre si se as partes do sistema e as modalidades fossem todas do mesmo fabricante. Em 1984, um comité formado pelo Colégio Americano de Radiologia (ACR) e por membros da National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA) definiram em parceria um protocolo-padrão de comunicação para troca de informações entre equipamentos eletromédicos. Esse padrão é o ACR-NEMA Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM), que em 1996 teve sua estrutura concluída e, após essa data, passou a ser adotado por quase todas as empresas fabricantes de equipamentos eletromédícos do mundo, dentro e fora da Radiologia. O protocolo de comunicação DICOM padroniza somente trocas de dados sobre imagens médicas digitais e informações associadas para dentro ou fora de equi-pamentos de imagem, sejam elas modalidades radiodiagnósticas, sistemas de arquivo (Picture Archiving and Communication System - PAC), visualização (estações de trabalho) ou impressão (o HL7 é o equivalente DICOM para troca de informações demográficas, laudos e todo tipo de texto na área médica). Para os equipamentos que nasceram antes da era DICOM, existem interfaces capazes de coletar e transformar uma imagem médica analógica no formato DICOM, mas algumas infor-mações perdem características nesse processo de transformação. Por exemplo, um exame de um tomógrafo convencional terá suas imagens convertidas, mas não poderá converter a informação da posição para o DICOM, o que permitiria realizar uma reconstrução 3D. Isso porque esse tipo de equipamento não gerava essa qualidade de informação em formato passível de ―tradução‖. Dessa forma, conseguimos garantir que tanto equipamentos novos como antigos possam fazer parte de uma rede interna ou de telerradiologia DICOM, realizando toda e qualquer comunicação entre equipamentos médicos de imagem, onde quer que se encontrem, dentro ou fora de uma instituição ou departamento diagnóstico por imagem. As principais funcionalidades do protocolo DICOM são: ♦ Comunicação do paciente através de sistemas de informação médica, agendamento (worklist)e outras tarefas com eqúipamentos geradores e armazenadores de imagem ♦ Realização de procedimentos de querying and retrieve (busca e apreensão) de estudos ou imagens de um dado paciente ♦ Gerenciamento e otimização das impressoras de filmes conectadas a uma rede de comunicação interna ♦ Garantia da transferência das imagens dos estudos de sistemas, como tomografia computadorizada, ressonância magnética nuclear, ultrassonografia, medicina nuclear, radiografia computadorizada, angiografia digital, radiografia digital, scanner de filmes e outros sistemas (endoscopia, métodos gráficos, patologia, etc.) ♦ Intercomunicação entre sistemas geradores de imagem (acima) e sistemas de arquivamento (PACS), redes de transmissão via intra ou internet, centrais de armazenamento de dados (data centers) e sistemas de informação hospitalar (HIS) ou radiológicos (RIS), ou ainda suas eventuais variantes específicas (LIS, CIS, PIS, EPR, IHE, etc). 5. Tecnologias digitais Seguindo o conceito de que uma imagem digital (sistemas DX) é formada por bits e bytes, a variedade de soluções de aquisição de imagens médicas digitais diferentes entre si e que, por consequência, fazem parte da classificação ―sistemas DX‖, podem ser divididas em tecnologias de sucesso. Cinco são as tecnologias que superaram suas etapas embrionárias e a dificuldade de vencer um sistema (écran-filme), que fora desenhado para preencher por completo o fluxo de trabalho de um departamento ou serviço de radiodiagnóstico por imagem. Uma grande variedade de sistemas e soluções foi apresentada à estrutura diagnóstica médica em apenas duas décadas, cada qual revelando vantagens e desvantagens de como a tecnologia se ajusta à realidade individual de cada instituição. Por isso, não há a melhor nem a pior tecnologia, é necessário analisar cada uma quanto à realidade e às necessidades individuais. Mesmo as mais antigas podem, dependendo da situação, servir como solução viável e adequada. Cada uma dessas tecnologias difere quanto ao tipo de detector, componentes periféricos, integração do sistema com os equipamentos de raios X ou dedicação total a eles, interface com outros sistemas médicos, tais como PAC, Hospital Information System (HIS), Radiological Information System (RIS) e, por conseguinte, os investimentos associados são muito diferentes, podendo variar de US$ 50 mil a US$ 500 mil. Os sistemas e soluções também podem se ca- racterizar por serem modulares ou não. Esses são os sistemas a que nos referimos: captura por um intensificador de imagens digitais de origem fluoroscópica ou radiográfica (também chamados sistemas DF, DSA, XA, DS), placas de vídeo ou outras interfaces de captura analógico- digital (OT), por digitalização de uma película de filme escaneadas (film digitizer - FD), por captura digital de uma placa de fósforo (CR), ou ainda pela captura direta (DR). Esta última pode ser de origem direta ou indireta e as três últimas - scanner, CR e DR - possuem tecnologias muito diferentes, considerando cada um dos diferentes fabricantes dessas tecnologias. Normatizando a nomenclatura dos sistemas de imagens radiográficas digitais para melhor en- tendimento da abordagem que iremos apresentar, a Tabela 3 traz uma classificação em função da tecnologia associada para DX, da resolução e qualidade das imagens digitais fornecidas: Sistema intensificador de imagem Por mais de duas décadas esse sistema foi utilizado em todas as possibilidades diagnósticas que faziam uso da fluoroscopia. Ainda hoje esse tipo de sistema possui grande aplicação, como em sistemas de*angiografia ou cinecoronariografia digital, exames em centros cirúrgicos e em equipamentos radiográficos mais sofisticados para exames contrastados. Dotado de uma excelente relação sinal-ruído, seu funcionamento se resume a um tubo detector que, em sua entrada, possui uma tela de fósforo que fluoresce ao receber radiação X nela incidente. Logo em seguida, essa radiação, transformada em luz, é convertida por um fotocatodo em pulso elétrico, que, por ser de baixíssima intensidade, é amplificado (intensificado) por um conjunto de PMT (coletores fotomultiplicadores) para que o sinal seja forte o bastante para gerar no sistema óptico de saída uma imagem capturável pela câmera acoplada. Na saída do tubo intensificador de imagem fica acoplada uma cãmera de vídeo ou uma câmera CCD. O sinal coletado nas cameras, seja qual for, passa então por um conversor AD e daí a informação alimenta a entrada de uma TV ou monitor digital. A Figura 20 ilustra as etapas do sinal originado por esse tipo de sistema, a que denominamos Fluoroscopia Digital (DF). Figura 20 Componentes básicos do sistema de imagem da Fluoroscopia Digital. O intensificador de imagem influencia parâmetros de exposição, mantendo fixa a taxa de exposição. Os dados da imagem são digitalizados e armazenados na memória. LUTs (look up tables) são utilizadas para controlar automaticamente ajustes do sistema de visualização da imagem As câmeras CCD empregadas nesse tipo de sistema costumam ser de alta resolução, com matrizes de, no mínimo, I0242 ou 20482. Os tubos intensificadores de imagem podem ter 32cm ou 40cm de diâmetro. Quanto maior o diâmetro, maior a quantidade de informação capturada, mas por conta do risco de distorções geométricas, esse tipo de detector deve sempre ficar o mais próximo possível do objeto a ser radiografado. Esse tipo de tecnologia costuma adquirir suas matrizes de 8-12 bits de profundidade, utilizando o método de amplificação logarítmica. Sua resolução pode variar de 100/im a 700/im. Scanner de filmes (film digitizer) Outra forma de obter imagens digitais é escanear imagens geradas em filmes convencionais através de sistemas de escaneamento de alta resolução. Essa tecnologia permite a obtenção de imagens de forma rápida e sem modificações na rotina operacional dos operadores técnicos. Nesse sistema, a imagem, após escaneada, pode ser manipulada ajustando- se seu contraste e brilho (window & level) e, em alguns casos, por algoritmos que podem modificar a imagem de forma a obter um realce melhor das informações. A resolução da imagem digital, nesse caso, será a resolução do sistema escaneador. Mesmo que a imagem original do filme possua uma resolução superior à do scanner, a imagem digital estará limitada à resolução do sistema digitalizador. Com o uso de um bom scanner, a qualidade da imagem digital estara limitada somente pela qualidade da informação contida no filme. O uso de uma imagem convencional em filme terá como limitação principal o tamanho do grão da emulsão do filme, que afetara a imagem digital mais intensamente na região das frequências espaciais altas, onde a modulação da informação da imagem é baixa, comparada com seu ruído. Aumentar o contraste na região do ―pé‖ ou ―ombro‖ da curva sensitométrica, possivelmente ampliará o ruído nessas duas regiões de forma inaceitável. Por esse motivo, essa tecnologia não foi aceita para uso na prática clínica, sendo apenas utilizada como suporte de transferência para sistemas CAD ou armazenamento não diagnóstico do histórico do paciente. Radiografia computadorizada (CR) Atualmente, os sistemas de radiografia computadorizada (CR) são os que possuem a maior abrangência e leque de soluções. Eles são pequenos, rápidos e de baixo custo. Baseado nos princípios da luminescência fotoestimulada, sua operação é idêntica à do sistema écran-filme quanto à aquisição de imagens. Sua estrutura uti- lizaplacas de imagem de fósforo fotoestimulável (Photostimulable Storage Phosphor - PSP) associadas a um hardware e um software, que são os responsáveis pela aquisição, processamento e disponibilização da imagem radiográfica. Nesse sistema, a placa de fósforo - tipicamente fluoro- bromido de bário (BaFX:Eu2+, onde X pode ser Br, Cl ou I. Br e I) são os haletos mais utilizados nessa tecnologia. Algumas placas contêm misturas desses ou outros elementos em proporções específicas e armazenam a energia da radiação X transmitida através do paciente, criando uma imagem latente formada por elétrons ―armadi- Ihados‖ dentro da estrutura cristalina da placa. Após a exposição à radiação X, a placa passa por uma leitora que faz sua varredura, fazendo incidir sobre ela um feixe de laser de comprimento de onda próximo ao vermelho. Os escaneadores manobram o feixe sobre a placa através de defle- tores e lentes do conjunto óptico do laser, de forma que toda a superfície da tela é ―varrida‖ por eíe. O laser permanece estacionário no sistema; o que se move é seu feixe, fazendo uma varredura em um único plano (a maioria usa varredura horizontal, mas há aqueles que utilizam outros tipos de varredura, como a polar, por exemplo), enquanto a placa se move no outro plano para completar o movimento (Figura 21). Figura 21 Ciclo interno ao CR de uma placa de imagem (IP) em processo de leitura e conversão dos dados Nesse ponto, a energia armazenada é liberada, provocando a emissão de luz com comprimento de onda menor que o usado na varredura (verde, azul ou ultravioleta). Por causa do fenômeno da luminescência fotoestimulada, a intensidade da luz emitida é proporcional à quantidade de radiação absorvida pela placa de fósforo. A luz estimulada emitida pela placa é coletada por um sistema óptico e filtrada para remover a luz do laser espalhada e demais ruídos luminosos do sistema. Um conjunto de tubos fotomultiplicadores (PMTs) ou fibras ópticas é usado para converter a luz coletada em sinal elétrico. Este, por sua vez, é ―amostrado‖ e, em seguida, amplificado. Ainda nessa sequência, o sinal é digitalizado através de um conversor analógico-digital (ADC), sendo, em seguida, armazenado em uma matriz digital. Um processamento da imagem analisa os dados digitais brutos adquiridos, localizando as áreas úteis da imagem (histograma dos pixels ativos) e, conforme a região anatômica radiografada, gera uma escala de tons de cinza correspondente (pixel code value) à aparência de um filme analógico (Figuras 22 e 23). A placa de fósforo então recebe uma luz de altíssima intensidade para apagar sua imagem residual e é devolvida por processos mecânicos para que possa ser reutilizada. A imagem digital finalizada pode ser manipulada, visualizada na tela de uma estação de trabalho (por exemplo, computador dedicado a fins médicos), impressa em filmes laser ou papel, armazenada em sistemas de arquivo digital, distribuída via intra ou internet, enviada através de uma rede específica para telerradio- logia e quaisquer outras possibilidades cabíveis a uma imagem digital (Figura 23). Como essa tecnologia ainda é nova para nossa realidade, persiste a necessidade de compreender mais profundamente tanto a tecnologia como seus processos, e a forma como estes afetarão a rotina operacional de técnicos em radiologia, radiologistas, físicos e até pacientes, para que todos possam extrair o melhor dela, otimizando seus recursos ao máximo (aliás, CRs já convivem conosco desde 1984, quando o primeiro equipamento chegou ao Brasil; este, porém, só começou a alcançar uma posição significativa nos últimos cinco anos). O acompanhamento e controle de qualidade rotineiros da performance do sistema devem ser estabelecidos tanto para o CR como para seus dispositivos. Investimentos na contínua educação dos profissionais envolvidos nessas atividades também são necessários. Neste ano será concluído um traoalho realizado com primazia pela Associação Americana de Física Médica (AAPM), sob a coordenação do Grupo de Trabalho # 10, responsável por elaborar normas e padrões de controle de qualidade para sistemas digitais, um projeto que levou mais de 10 anos para ser concluído e que se apresenta como modelo para a adoção de padrões internacionais. Figura 23 Cadeia esquemática do fluxo de uma placa de imagem (IP) de um sistema CR Os benefícios oriundos dessa nova tecnologia para a área de diagnóstico por imagem são muitos, dentre os quais: ♦ Redução do número de repetição de exames (a imagem digital obtida com esse sistema pode ser, na maioria das vezes, trabalhada, de modo a compensar problemas de exposição, evitando-se a necessidade de reexposição do paciente em cerca de 40% dos casos) ♦ Redução da dose de exposição no paciente devido ao fato de sistemas digitais permitirem a modificação da técnica de aquisição. Esse rastreamento é suportado pelo chamado ―índice de exposição‖, composto de valores mensurados em função da exposição média incidente na placa de imagem ♦ Tratamento da imagem pós- processamento (escala de contraste) ♦ Possibilidade de armazenamento e distribuição da imagem digital via rede/internet (sistema PACS) ♦ Redução de custos (menos filmes perdidos, menor tempo em sala, menor desgaste do equipamento, etc.). Vale lembrar que uma das características mais importantes no sistema CR é que a curva carac- terística da placa de fósforo relativa à exposição incidente é linear e possui uma elevada latitude (dynamic range - Figura 13). Para a tecnologia CR, tanto o meio de aquisição (PSP) como o de visualização (estação de trabalho ou filme) são independentes, apesar de interdependentes no processo diagnóstico. Diferenças entre os fabricantes de CR Muitos são os fabricantes de CR: Kodak, Fuji, Agfa, Konica, Cânon, Orex, CR Computers e outros, de menor expressão. Os três maiores no mercado mundial e no Brasil são Kodak, Fuji e Agfa. Atç agora pode-se dizer que havia três focos claros e distintos entre essas empresas. Enquanto a Kodak possui um sistema bastante voltado para a produtividade radiológica e o gerenciamento do fluxo de produção, a Fuji apresenta como caracterís- tica marcante o fato de seu sistema adquirir imagens sem necessidade de mudar a técnica radiográfica utilizada no sistema convencional, o que é uma vantagem para os técnicos que operam o sistema. Já a Agfa tem seu foco na apresentação da imagem impressa (recurso chamado smart print), que, para a realidade europeia e brasileira, é muito interessante. Observando inicialmente um único fabricante de sistemas CR, verificamos que pode haver mais de um tipo de placa de fósforo para diferentes aplicações. Por exemplo, a Kodak possui para as gerações de placa atuais (4- geração) três tipos de placas: GP - propósitos gerais, HR - alta resolução e EHR - alta resolução realçada. Ainda existe um projeto para o lançamento de um outro tipo de cassete. Apesar de todas as placas de fósforo serem confeccionadas sobre uma base flexível, há aquelas que são fixadas sobre uma superfície rígida, o que confere maior durabilidade aos cassetes, enquanto outras estão livres para adequar sua estrutura de leitura (Figura 24). Dessa forma, percebemos que os cassetes de cada fabricante possuem uma vida- média muito diferente. Há aquele cujas placas têm cerca de 90.000 leituras de vida-média, enquanto outros ficam por volta de 50.000 e 35.000, aproximadamente, considerando os três maiores fabricantes. As tecnologias das placas de fósforo estão intrinsecamente ligadas às demais partes do processo de formação de imagem de um CR - hardware (largurado laser, entre outros), software (processamentos), relação sinal-ruído, parâmetros de medidas e outros. Portanto, têm também estruturas bastante distintas entre si. Cada parte formadora de um sistema CR é compatível apenas com o próprio sistema e concebida para se integrar de forma a maximizar o resultado final: a imagem digital. Isso se justifica porque não adianta tentar utilizar a placa de fósforo de um sistema em outro concorrente, pois não será possível sequer obter uma imagem. Outra variável importante é a grandeza res- ponsável por quantificar a exposição na placa de imagem, que, por sua vez, pode e deve ser as- sociada a qualidade de imagem, além de conter informação relativa à quantidade de radiação incidente capturada. A Kodak chama esse parâ- metro de índice de Exposição (Exposure Index -EI). Este e diretamente proporcional ao logaritmo da exposição. Esse fabricante recomenda que seus valores estejam entre 1.850 e 2.000 unidades para cada aquisição radiográfica. Já a Agfa o chama de IgM, que também é proporcional ao logaritmo da exposição, e recomenda que seus valores estejam entre 1.8 a 2,2 unidades. A Fuji adota o termo Sensitividade (S), que é inversamente proporcional à exposição incidente e recomenda que seus valores estejam entre 180 e 220 unidades. Esses valores são padrão para qualquer tipo de imagem gerada em chassis de propósitos gerais (GP). Pelo fato de exigir outro tipo de cassete (de maior resolução), as mamografias possuem outros valores de referência (de 2.400 a 2.500 no caso da Kodak, por exemplo). Apesar da variável representar a mesma informação física, ela é tratada matematicamente de forma diferente entre os fabricantes, apresentando resultados numéricos que, para serem comparados, devem considerar essas diferenças. Outras diferenças também devem ser con- sideradas, como tempo de leitura dos cassetes, uptime do sistema, dose equivalente, capacidade de armazenamento, flexibilidade e possibilidades nas configurações, sobretudo os processamentos especiais que cada fabricante oferece (EVR PEM, Musica 2, CLAHE - Figura 25). Figura 25 Imagens digitais somente com processamento básico (Tone Scaling - Kodak e Standard Processing - Agfa) e com processamento do software “realce de visualização com autobalance” (EVP - Kodak e Música - Agfa), que mantém elevado o contraste da imagem digital, ampliando também a latitude Além dos sistemas convencionais para uso com sistemas de raios X, existem aqueles cujas propriedades e características são desenhadas para o uso dedicado de algumas submodalidades, como a ma- mografia, e aqueles com ferramentas e softwares específicos para uso em Radioterapia, Odontologia e Medicina Veterinária. Há variantes desenhadas para uso em centros cirúrgicos e até sistemas móveis para atendimento domiciliar ou nos leitos. Nem todos os fabricantes possuem todas as ferramentas; por isso, convém ficar atento às diferenças e suas aplicabilidades e, através de uma análise profunda, realizar um planejamento adequado antes de migrar da tecnologia convencional para a digital, pois as necessidades de cada instituição são específicas. CR de mamografia Um sistema CR para mamografia opera da mesma forma que um sistema de mamografia convencional, bastando realizar a troca dos cassetes analógicos pelos digitais. Nessa mudança, passa-se a ter uma solução cuja absorção da exposição incidente aumenta entre 10% a 30%. O ajuste (tuning) das imagens digitais é um procedimento específico em cada exame. Não há uma regra geral, apesar de os processamentos (básicos ou específicos) estarem presentes em todas as imagens. Há de se avaliar imagem por imagem, individualmente, após a aquisição. Em geral, na mudança de tecnologia, o ajuste do phototimer (Automatic Exposure Control - AEC) traz melhor resultado se houver redução do miliamperesegun- do (mAs) do exame e a elevação do quilovolt (kVp) em IkV acima do padrão de aquisição em relação ao sistema tela-filme. Além desses detalhes importantes, quando tratamos de sistemas digitais que visem o uso na área de mamografia, basicamente o fator dominante na qualidade das imagens é a resolução. Para os sistemas CR, apenas dois tipos de sistemas são encontrados: um com resolução de 100/Jm (10 pixels/mm) e outro com 50/im (20 pixels mm). Desses dois tipos, somente aqueles com 50pm (20 pixels/mm) de resolução tém se apresentado como adequados ou com capacidade diagnóstica se-melhante a realizada em sistemas tela-filme. Alem dessa resolução, necessária para captar microcalcificações tênues, como é comum na mamografia, processamentos específicos e cassetes dedicados também são necessários nas soluções que visem essa aplicação. Um dos fabricantes mencionados apresentou cassetes dedicados somente a partir de 2005, fato relevante, considerando que os outros dois concorrentes já possuem soluções para essa aplicação desde 2003. Temos a recente certificação da Fuji com a acreditação do Food and Drug Administration - FDA (órgão certificador máximo nos Estados Unidos, equivalente à ANVISA no Brasil) apenas para o sistema de 50/im em mamografia, nos EUA (a Fuji Inc. comercializa sistemas nas duas resoluções acima apresentadas). A Kodak, que só comercializa sistemas com resolução de 50/im e entrou no programa de Pré Market Approval (PMA) do FDA seis meses após a Fuji, recebeu sua certificação no início de 2007. Algumas soluções mais antigas (100/im) podem ser migradas para as mais modernas (50/im) e outras não. Essa é uma característi- ca importante a que se deve estar atento ao migrar para sistemas digitais, especialmente porque as empresas continuam suas pesquisas em direção ao desenvolvimento de tecnologias com resolução superior a 50/im. Indepen- dentemente da solução que uma instituição venha a adquirir hoje, ela estará garantindo sua capacidade de acompanhar a evolução tecnológica, que acontece a uma velocidade espantosa. Quem tem a ganhar com essa possível conquista é o consumidor. mesma compressão e técnica de aquisição. A imagem da esquerda é uma imagem do CR850 (Kodak) de 50/im; a da direita equivale ao filme MinR 2000. (B) Imagens digitais do sistema FCR 5000MA (Fuji) com sua apresentação-padrão (exame completo – quatro imagens superiores), inversão da imagem (imagem inferior esquerda) e processamento específico para realce de microcalcificações da mama (imagem inferior direita). Outra questão muito importante com relação aos sistemas digitais utilizados para a área de mamografia é o fato de que não basta migrar para essa tecnologia sem adequar os demais componentes da solução. O sistema de impressão ou visualização das imagens em estações de trabalho precisá acompanhar o aumento de resolução do sistema de captura. Impressoras com resolução superior às utilizadas em sistemas para uso somente em raios X ou outras modalidades (CT, RM, US, etc.) da ordem de 600 dpi são necessárias, assim como monitores de alta resolução, o que pode encarecer os custos de investimentos. Hoje temos comercialmente disponíveis monitores de 5Mpixels, apesar de ser possível utilizar monitores com até 3Mpixels. Entretanto, se aplicarmos os cálculos necessários, verificaremos que o ideal seria a utilização de monitores com 8Mpixels. Além da resolução, também é fator importante a luminosidade que este é capaz de apresentar às informações. Idealmente, necessitamos de monitores com luminância maior que 600cd/m2. Ainda no quesito solução, devemos estar atentos à rede de transporte desses novos dados digitais. O tamanho de uma imagem de mamografia de CR variade 35MB a 40MB (uma imagem de raios X adquirida com a mesma tecnologia possui cerca de 10MB a 12MB e outras imagens de mamografia digital de outras tecnologias [DR, por exemplo] também são menores). Para sua transmissão, é ne-cessária uma infra-estrutura de rede adequada (rede 100 Mbps ou superior). Sistemas CAD Entre os sistemas computacionais de apoio ao diagnóstico por imagens, os chamados Computer Aided Detection (CAD) são os que têm recebido maior atenção no que diz respeito à aplicação na área de mamografia. Têm comprovadamente se mostrado suportes auxiliares importantes na luta contra o câncer de mama e passaram a fazer parte das soluções oferecidas por fabricantes aos usuários de sistemas de aquisição ou captura de imagens digitais e ate analógicas. Importante ressaltar que um sistema de apoio ao diagnóstico CAD não substitui o fator humano na análise da imagem, nem elimina a segunda leitura, conforme preconizado pelos radiologistas especializados em mamografia e respectivos orgàos da classe em todo o mundo. Figura 27 Sistema CAD apresentando marcações baseadas em padronização definida pelo usuário em duas incidências da mesma mama de uma paciente Até o momento, estão aprovados pelo FDA americano somente os sistemas CAD para uso com filmes análogos ao da Kodak e da R2, que foi recentemente comprada pela Hologic/Lorad. Os CADs para uso com sistemas digitais ainda estão sob avaliação e aguardando certificação e respectiva liberação da agência competente para que possam ser comercializados nos EUA. CR para Odontologia A evolução da tecnologia digital também permeia outras áreas diagnósticas, como a da Odontologia, onde iniciou sua presença mais marcante a partir do ano 2000 (sistemas DR para Odontologia). Recentemente, tivemos o lançamento de um sistema inovador para a área, com base na tecnologia CR, o que permite um ajuste mais adequado dos custos dessas soluções à realidade da rádio-odontologia. Os sistemas de CR para uso odontológico permitem captura de imagens tanto intra como extraoral, sendo capazes de substituir total ou parcialmente qualquer aquisição radiográfica nessa modalidade. As placas de captura podem ter resolução de IOO^L/m ou 50jUm para sistemas extraorais, ou de 50jL/m e 25/Jm para sistemas intraorais, ambos com latitude de exposição de 12 para I e velocidades de escaneamento entre 6 a 9 segundos para sistemas intraorais. O mercado dessa modalidade cresce à marca de cinco mil sistemas ao ano e ainda se encontra em estágio inicial no Brasil. CR para radioterapia O uso de sistemas CR na radioterapia aplica- - se em princípio à geração de imagens digitais para fins de simulação, localização e planejamento radioterápico ou acompanhamento (verificação) do tratamento aplicado aos pacientes, mas seu uso se estende também aos processos* de controle de qualidade e dosimetria necessários e obrigatórios a essa modalidade médica. Esse tipo de sistema pode ser aplicado em qualquer serviço de radioterapia, contanto que possua equipamentos aceleradores lineares (não se aplica a aparelhos, como bombas de cobalto ou cesio). Suas imagens apresentam maior latitude e maior qualidade, se comparado aos sistemas análogos, e permitem um fluxo de trabalho integrado a outros sistemas digitais da área. Aceita protocolos do tipo IMRT ou GMRT em suas rotinas e não se torna desatualizado com o tempo, pois passa pelos mesmos processos de atualização e acompanhamento da evolução tecnológica, como os sistemas CR aplicados à mamografia (25 leituras/scan é DICOM compliance). Um dos primeiros sistemas dirigidos a essa aplicação foi lançado em 2001 nos EUA pela Kodak. Desde então, vem passando por atualizações anuais, envolvendo seu hardware, software e cassetes, que tiveram a sensibilidade aumentada e o peso redu- zido em 40%. Cassetes da área de radioterapia possuem alta absorção, por causa do tipo de feixe de radiação a que geralmente são submetidos e, por isso, são mais pesados do que os convencionais. A energia a que ficam expostos é em média mil vezes maior do que a energia dos sistemas utilizados na área diagnóstica. Dicas de operação com CRs O tripé fundamental de aquisição para sistemas analógicos permanece o mesmo. Desatenção ou falta de cuidados com relação a esses três pilares afetarão de forma diferente e, dependendo do caso, mais acentuadamen- te, a qualidade das imagens obtidas. Os três pilares fundamentais para aquisição de imagens são: 1. Posicionamento correto do paciente 2. Seleção da técnica adequada ao sistema gerador de raios X 3. Boa colimação do objeto a ser radiografado. As últimas estatísticas apresentadas pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) mostram que 85% das repetições de incidências se devem a problemas de posicionamento; 75% dos aparelhos radiográficos se encontram descali- brados e, destes, 60% fora das margens aceitáveis para operação estabelecidas pela norma vigente. Nenhum sistema digital é capaz, de corrigir ou compensar posicionamentos inadequados, aquela base de pulmão cortada ou o uso invertido do efeito anódico em uma aquisição. Entretanto, po- de-se dizer que, excetuando-se movimentações involuntárias e posicionamentos inadequados do paciente, para todas as demais possibilidades de falhas operacionais em sistemas radiológicos há significativa esperança de não ter de se repe-tir uma aquisição, reduzindo, assim, a dose no paciente e, consequentemente, diminuindo a dose da radiação secundária no operador técnico e populacional. E fundamental ter em mente que os sistemas de radiografia computadorizada não são sistemas inerentemente de menor dose. Na realidade, estudos demonstram que, se os devidos cuidados não forem tomados na realização dos exames, maior exposição será requerida para o CR alcançar uma densidade óptica equivalente àquela comparada ao sistema convencional. Outro ponto fundamental é que as bibliotecas de processamento da imagem (Image Processing Library - IPL) foram definidos para operar em uma faixa técnica de aquisição. Em geral esta faixa compreende variações técnicas em torno de 35% a 40% dos parâmetros recomendados para cada fabricante, de forma que, se a aquisição estiver fora da faixa, as garantias de compensação não serão possíveis. Sistemas digitais CR são utilizados em uma rotina diagnóstica quase da mesma forma que um sistema tela-filme; porém, alguns cuidados adicionais se fazem necessários por conta da diferença tecnológica existente entre os dois sistemas. Sabendo que uma imagem digital é formada por uma matriz de números representativa, é fácil compreender que, se dividirmos um cassete digital para aquisição de duas imagens (prática muito comum em aquisições analógicas, por exemplo, exames de coluna lombar), essa imagem será processada por um único filtro matemático, pois, para um sistema digital, uma matriz representa uma única imagem, mesmo que, pela aquisição, possua mais do que uma. Ora, se existem diferenças entre os filtros de processamento para uma imagem adquirida na posição AP (anteroposterior) em relação a outra, adquirida na posição lateral, será impossível para o sistema otimizar as imagens se elas estiverem juntas. Como os recursos digitais nos permitem juntar as imagens posteriormente. na impressão, a melhor coisa é recomendar que cada imagem seja adquirida em um único cassete. A antiga relação em que a imagem no filme era do mesmo tamanho do cassete utilizado na captura desaparece por completo em sistemas digitais, uma vez que estes permitem a colocação de várias imagens em qualquer formato de filme impresso, alem de permitir formatações irregulares, aplicações, nversões e outras modificações nas leituras capturadas.Outro ponto importante nas operações com sistemas digitais é a observância do valor do índice de exposição da magem obtida. Ele é a relação mais fie sobre a qualidade da imagem obtida, apesar dos cuidados necessários com sua técnica de aquis cão. Vale lembrar a importância da colimação, que afetará fortemente o índice e o resultado final da imagem digital, c ferentemente do que acontece com imagens analógicas. Uma captura não colimada perm t ra que pixels sem nenhuma informação d agnóstica passem a fazer parte do processamento da imagem, deteriorando ou mod ''cando a informação apresentada nessa imagem. Uma regra prática para se adquir - uma magem digital com a qualidade desejada e a seguinte: elevando-se o quilovolt cerca de 5 a 10 pontos, aumenta-se a absorção diferencial, conforme explicado no item 3. Com isso, pode-se reduzir o miliampére-segundo em até 30%, dependendo do rendimento do aparelho de raios X em uso (o menor quilovolt recomendado para uso em sistemas digitais é 50kV). Isso resultará numa redução de cerca de 20% na dose para o paciente e uma imagem de qualidade superior à que podemos encontrar no sistema analógico (Figura 28). Do ponto de vista prático, essa mudança é a que tem se mostrado mais difícil de ser implementada em serviços que passam a utilizar tecnologia diagnóstica digital, pois a mudança de cultura operacional é uma barreira difícil de transpor, e o mau uso dessa regra eleva o mote- ado quântico (quantum mottle) das imagens. Figura 28 A figura representa um mesmo paciente, em diferentes doses de exposição. Baixa exposição gera imagens com ruído. Exposição ideal gera imagem ótima. Alta exposição gera imagem de excelente qualidade, no entanto com alta dose Alguns sistemas também fazem uso de um codigo de cores em suas rotinas. Sempre que possível, faça uso delas, pois agilizam a operação do fluxo de trabalho, além de garantir que as imagens cheguem aos destinos selecionados, evitando perdas temporais e aumentando a sa- tisfação do cliente final, o paciente. Sempre que possível, utilize sistemas que forneçam os dados demográficos através do processo Worklist Dl- COM (ou peça a instalação deste). Os equipamentos radiograficos fazem uso de grades fixas ou moveis isistema Potter- -Bucky) na geração de imagens medicas. Se as grades forem estacionárias, apresentarão nas imagens capturadas linhas de grade visíveis. Estas poderão ser linhas de grade verticais ou horizontais (não fazem ângulos). Alguns sistemas digitais permitem a supressão da presença das grades jr\o caso de aquisições com grades fixas, mas isto não se aplica a qualquer tipo de grade, somente a tamanhos específicos e diferentes para cada fabricante. Uma grade estacionária pode, eventualmente, produzir artefatos (não confundi-los com linhas de grade). Um dos artefatos possíveis origina-se de capturas com grades fixas diferentes das recomendadas pelos fabricantes, causando o aparecimento do efeito Moiré (Figura 29). O efeito acontece quando a direção das linhas da grade é a mesma que a do escaneamento do laser. Nesse caso, a frequência das linhas de grade é similar à do laser scan (lp/mm). Existem parâmetros que caracterizam as grades, que podem ser divididas em grades de alta resolução (que têm de 4lp/mm a 7lp/mm) e grades de baixa resolução (com 3lp/mm a 4lp/mm). Outro parâmetro que as caracteriza é a razão de grade, que as divide em várias categorias, se forem paralelas, divergentes ou convergentes. A Tabela 4 apresenta um quadro que permite analisar se a grade de um sistema é compatível com os sistemas digitais presentes no mercado. Grades 6:1 são chamadas de baixa razão e as mais recomendadas para sistemas digitais, enquanto as grades de razão 10:1 são as mais recomendadas para sistemas tela-filme. No caso de um sistema digital gerar imagens com efeito Moiré, só restam três saídas: a primeira é rodar o cassete de forma que a direção das linhas de grade do aparelho de raios X esteja ortogonal à direção de escaneamento do laser do CR; outra possibilidade é trocar a grade fixa por um sistema de grade móvel; ou ainda trocar as grades pelas recomendadas pelo fabricante. Se a grade for móvel, mas as linhas de grade permanecerem na imagem, o sistema Bucky pode estar des- calibrado ou desalinhado. Figura 29 (A) Efeito Moiré resultante da modulação de baixa frequência das linhas de grade do aparelho de raios X. Colocar a grade perpendicularmente ao eixo do fast scan do CR ajuda a minimizar esses efeitos (B) Dicas para aquisição de CRs Como o número de variáveis e de opções que as soluções digitais oferecem é inegavelmente elevado, muitos são os cuidados que devemos ter ao migrar para esse tipo de tecnologia. E muito importante ter claro o que se espera dessa tecnologia e seus respectivos sistemas. Essa reflexão indicará o caminho que efetivamente atenderá as necessidades da instituição. Além de conhecer profundamente seu fluxo de trabalho, é importante ter claro os novos papéis de cada colaborador, bem como as expec- tativas de cada grupo no novo processo a ser implementado. Se isso for negligenciado, todo o investimento e o resultado do projeto podem ficar comprometidos. Harmonizar anseios e necessidades específicas desses grupos pode fazer a diferença entre um sistema que se limita a substituir operacionalmente uma tecnologia (tela-filme) e aquele projeto que supera as ex- pectativas de produção e qualidade, maximizando recursos e funcionalidades da tecnologia, até, em alguns casos, fidelizando o cliente justamente por essa razão. Cada área operacional ou grupo de trabalho possui, além de expectativas diferentes, ―medos‖ diferentes, considerando o período pré e pós-aquisição de um sistema digital. É fundamental a facilitação da visão e compreensão dos processos globais dentro e fora da instituição, por meio da comunicação adequada. Essas áreas correspondem basicamente aos seguintes grupos: cúpula gerencial, médicos, residentes, físicos, setor de compras, manutenção, enfermagem, administração, técnicos, secretaria, mpeza, fornecedores, convénios, pacientes e acompanhantes. Um exemplo simples: imagine c uma secretária deixe de cumprir o processo- -rad^o de registro de um paciente. Trabalhando er- _m iocal totalmente separado da radiologia, ea oexa de registrar o número de cadastro desse ^acerte e pode interpretar essa falha como um erro simples cuja solução seria tão somente redigitar os dados do paciente no sistema. Por não entender todo o processo envolvido, vê com muita simplicidade as implicações desse fato. Mas para quem está na outra ponta do processo (o técnico operador), a falha significa ter uma imagem radiográfica sem registro, o que, por sua vez, afetará a rotina do médico, impedindo que prepare o laudo respectivo por falta de cadastro e que acesse o histórico do paciente, entre outras complicações no fluxo de trabalho. Um simples erro de digitação pode atrapalhar o fluxo total da instituição e resultar numa perda de tempo da ordem de 30 minutos, que seria o tempo necessário para resolver o problema. Quantos procedimentos poderiam ser realizados nesse mesmo tempo? Qual a percepção que um cliente (paciente) terá dessa instituição? Qual a perda financeira neste caso? Haverá perda de imagem institucional? Muitas outras perguntas podem surgir. Podemos resumir os pontos de vista dos di- versos atores nas seguintes expectativas: ♦ O paciente - espera menor dose equivalente no exame; espera não ter de repetir nenhuma incidência durante o exame; vê a palavra ―digital‖ como moda, atual ou ―in"; crê que exames em sistemas digitaissão realizados em menor tempo; no caso de mamografias, acredita que a compressão é menor e não dói (expectativa totalmente falsa); acredita, pela cultura popular, que tudo que é digital é melhor que o análogo (outra expectativa falsa) ♦ A área administrativa - quer produzir maior fluxo e número de exames; custo menor; quer armazenamento mais eficiente e barato; vê a facilidade de distribuição e dife-renciação do serviço a parceiros confiáveis ♦ O radiologista - deseja maior e melhor de- tecção de patologias; maior caracterização das doenças; menor tempo de interpretação; facilidade de comparação com exame(s) anterior(es) e com outros métodos; facili-dade de acesso e recursos para a segunda opinião; redução de tempo em biopsias e derivados e maior eficácia, entre outros ♦ O operador técnico - deseja melhor suporte ao paciente; pelo fato de sofrer pressão bilateral (médico e pacjente), o profissional deseja compreensão durante o processo de aprendizado (a curva de aprendizado da tecnologia digital varia em média de quatro a seis meses, até a completa absorção das novas filosofias e ferramentas); deseja desenvolver novas habilidades e aplicabi- lidades; espera processos simplificados, não quer mudar a forma operacional; é o maior responsável pelo resultado final nos processos digitais em imagens ♦ O físico - busca uma relação sinal-ruído compatível com a necessidade da institui-ção; baixa dose de radiação; alta resolução espacial; elevada resposta dinâmica; saldo positivo para a solução buscada na análise das vantagens e desvantagens e capacidade de realizar estatísticas e controles de quali-dade, entre outras possibilidades ♦ O engenheiro - deseja garantia de suporte técnico e peças de reposição; baixo custo e facilidade de manutenção; elevado uptime do equipamento; documentação responsiva e contratos ♦ A equipe médica (em geral, cada radiologista tem opiniões médicas e operacionais diferentes) busca o consenso - configuração do sistema, fluxo operacional, marketing (foco do paciente). Além disso, uma comunicação clara e objetiva com as equipes é fundamental. Resolvida a estrutura desejada, recomenda- -se fazer um planejamento visando a instalação e a implementação da tecnologia na instituição, respeitando as respectivas curvas de aprendizado da tecnologia. Durante o processo de aquisição é necessário avaliar as soluções em função das caracte- rísticas que cada uma possui, para decidir qual a mais adequada. Entre os elementos a serem avaliados, destacam-se: ♦ Volume ou capacidade de leitura, compara- do com o volume de exames realizado na instituição (hoje e projeção para o futuro). ♦ Filosofia da solução. ♦ Espaço físico requerido (para instalação e manutenção). ♦ Existência de manuais e telas de trabalho em português. ♦ Padrão de comunicação (DICOM ou não). ♦ Possíveis fluxos de trabalho (workflow). ♦ Tipo de tecnologia. ♦ Configurações possíveis. ♦ Estrutura, durabilidade e tecnologia dos cassetes. ♦ No-break. ♦ Resolução, luminosidade e aplicação dos monitores. ♦ Tecnologia, resolução, velocidade, flexibi- lidade e tipos de mídia para impressão. ♦ Suporte pós-venda. ♦ Uptime do sistema. ♦ Características do contrato de manutenção, incluindo peças e custos associados. ♦ Solução com leitor de código de barras. ♦ Opções de acesso remoto ao sistema. ♦ Recursos de diversificação de acesso que permitam estender as funcionalidades da solução para locais diferentes ou distantes do local do equipamento. ♦ Capacidade de introduzir no sistema a rotina da instituição, através de seus protocolos ou recursos. ♦ Capacidade de apresentar dados adminis- trativos e estatísticos do sistema. ♦ Softwares de processamento e seus recursos. ♦ Uso de soluções com Worklist DICOM. Caso contrário, se possui solução alternativa Classificação e status das imagens e rotinas do sistema. São facilmente percebidas (no caso de Sistemas com codificação de cores)? Padrão de dose e metodologia para medição destas últimas. Possibilidade de realizar testes de controle de qualidade. São preferíveis os sistemas que adotam o uso da resolução da AAPM - Grupo de Trabalho # 10. Recursos de impressão, especialmente tamanho real (true size) para sistemas de uso em mamografia. Soluções de correção do efeito da grade fixa. Se possui, levantar a razão de grade de operação da referida solução versus tipos de grade que a instituição possui. Formas de armazenamento das imagens Tipo de estações de trabalho que operam associadas à solução. O uso da ferramenta DICOM - MPPS (Modalility Performed Procedure Step). Opcionais da solução (sistema de coluna total, mamografia, odontologia, etc.). Certificações que possui, dentro e fora do País, bem como o posicionamento da empresa dentro e fora do País. Experiência e equipe de suporte, dentro e fora do País. ♦ Suporte à distância. ♦ SLA - tempo de atendimento após a abertura de um chamado técnico. Garantia do sistema, de desenvolvimento no curto, médio e longo prazo. Analise de imagens feitas no País. Se possível, visitar dois ou três serviços diferentes, sendo que a escolha dos locais de visita seja ferta pelo interessado a partir da lista de todos os clientes com solução instalada vendida. Muitas vezes, clientes visitados não representam sistemas vendi-dos, mas doações ou demonstrações, que podem mudar as características da análise. Demonstrações locais seriam muito úteis, mas estão se tornando inviáveis, dados os custos operacionais para as empresas, especialmente diante das exigências e taxas impostas pelo governo brasileiro. Se compararmos propostas e soluções de fabricantes diferentes, ainda que estejamos de posse de todas as informações, precisamos analisá-las minuciosamente para compará-las adequadamente. Em geral, uma proposta de compra e venda de um sistema digital pode ser avaliada da seguinte forma: ♦ Cassetes: têm durabilidade muito diferentes entre os fabricantes e um peso enorme na conta (cerca de 20% a 30% da solução, dependendo da proposta). ♦ Serviço: seja de instalação, seja de treinamento operacional (aplicação) e manutenção pós-venda. Algumas propostas podem conter garantia estendida ou ter contrato incluindo peças. ♦ SLA. ♦ Garantia: em si e de uptime do sistema. ♦ Preço: do equipamento em separado do valor total da solução. ♦ Upgrades: qual a política do fornecedor nas atualizações do sistema e sua capacidade de acompanhar a evolução tecnológica. Câmeras CCD Cameras de demagnificação (diminuem a magnitude da imagem por meio do uso de lentes ópticas) são outra forma de obter imagens digitais, no acoplamento com sistema matricial de captura do tipo charged-couple device (CCD), por sua vez, conectado a uma matriz de fibras ópticas. Imagens de alta resolução podem ser obtidas com esse tipo de sistema se a qualidade dos componentes ópticos (lentes) e dos fotodetectores contiver elementos suficientes para produzir um campo de detecção de tamanho apropriado. Um sistema cintilador, muito semelhante ao fósforo aplicado na tela intensificadora existente nos chassis radiográficos convencionais, emite luz proporcional à radiação incidente. Essa luz emitida é capturada pelo sistema óptico de lentes, que diminuem a magnificação da imagem, transmitindo a imagem demagnificada para o conjunto de fotodetectores (Figura 30), que são compostos por uma matriz de chips individuais (detector CCD) conectados eletronicamente. Os fotodetectores captam a luz incidente, e a informação é convertida em pulso elétrico, formando a imagem digital final. Os fotodetectores são construídos sobre um único chip de silício e geralmente cobrem uma área de 5x5cm2. Para dar cobertura a todo o campo de imagem, a demagnificação necessita ser quatrovezes menor que a aquisição luminosa original. Para garantir a qualidade diagnóstica de uma imagem digital adquirida por esse sistema, preconiza-se que o tamanho de seu pixel seja de 0,05mm. Por isso, é necessário justapor detec- tores no campo de captura, mas efeitos de sobreposição já foram demonstrados, reforçando a necessidade de processar os dados da imagem de forma cuidadosa e adequada para garantir uma imagem digital confiável e de qualidade. Figura 30 (A) Vista externa de um detector montado. (B) Estrutura de um sistema detector CCD Como há uma grande perda de luz nesse processo, o uso de fibras ópticas e conectores junto aos detectores melhorou significativamente a qualidade da informação capturada, bem como a resolução das imagens geradas. Com estes e outros aprimoramentos, conseguimos obter imagens com resolução de 50/L/m nessa tecnologia, o que é suficiente para operações com diagnósticos mamo- gráficos. Essa é a tecnologia utilizada para o sistema de captura digital aplicada à área da mamografia pela Fischer Inc. Detectores CMOS A tecnologia CMOS (Complementary Metal- Oxide Semiconductor) tornou-se interessante por ser uma solução de baixo custo. E semelhante à tecnologia CCD e as disposições do CMOS têm também durabilidade superior aos sensores CCD no uso dos Raios X, porém sua limitação principal para as aplicações médicas é a redução na eficiên- cia quântica de detecção (DQE), comparada a outras tecnologias disponíveis. Os sistemas de detecção CMOS são formados por chips individuais, que têm transístores tipo MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) - switches com quatro terminais controladores de tensão. Se a tensão no terminal de contato é larga o suficiente para criar um canal de condução, a corrente flui entre os terminais de difusão; caso contrário, o transistor mosfet não permite a conexão. Nessa tecnologia, os detectores formam uma matriz eletrónica de microprocessadores que convertem luz em sinais elétricos. A conversão da radiação X em luz fica por conta de materiais cintiladores (Figura 3 I). Figura 31 (A) Foto do sensor de imagem CMOS RadEye I. (B) Visão esquemática do detector com um cintilador acoplado Um detector completo compreende uma matriz formada por oito células (chips) CMOS, cada uma medindo 25mm por 50mm, ou seja, 512x1025 pixels. O tamanho do pixel desse detector atinge 48/im, permitindo mensurar resoluções da ordem de I0lp/mm, necessário para obtenção de imagens em sistemas mamográficos. O CMOS possui leitura otimizada para energias entre I OkV e 50kY e o DQE médio obtido com essa solução é da ordem de 50%. Abaixo vemos uma imagem de um simulador mamográfico ad-quirida com essa tecnologia (Figura 32) Figura 32 Imagem do simulador do Colégio Americano de Radiologia (ACR) com detector CMOS Detectores TFT Flat Panel (DR) Os sistemas detectores com tecnologia DR (Radiografia Digital) são constituídos de uma matriz de transístores de filme fino (Thin-Film- Transistor - TFT) cobertos com materiais conversores de radiação X em luz ou pulso elétrico; respectivamente, silício-amorfo (a-Si) ou selênio- amorfo (a-Se). O primeiro é estabelecido sobre placas de TFT cobertas com silício-amorfo, cujos díodos sensíveis à luz registram esses flashes de luz produzidos quando raios X incidem sobre uma fina camada de material cintilante contendo iodeto de césio. A Figura 33 apresenta diferentes faces desse tipo de detector. Cada elemento provê o pulso de um pixel da imagem. Um dos problemas desse tipo de detector se deve ao grande número de elementos receptores e à complexidade de conexão destes na matriz do detector. Outro fator problemático nessa tecnologia é o fato de a sensibilidade à luz variar de uma célula detectora para outra, de forma que os pulsos medidos necessitam ser corrigidos por uma matriz. Essa correção garantirá a uniformidade efetiva na resposta do detector sobre toda a sua área. Figura 33 (A) Diferentes camadas que formam um detector do tipo DR indireto de a-Si. (B) Secção coronal do detector tipo TFT a-Si. (C). Corte transversal do detector tipo TFT a-Si Esse é o detector adotado pela GE no equipamento DMR 2000D, que possui 97/im de tamanho de pixel em um detector com 19cm por 23cm de FOV (field of view). Seu detector leva em torno de 10 segundos para capturar uma imagem, permitindo uma rotina com elevado número de exames. O segundo tipo de sistema DR, também chamado de DR direto, é aquele concebido sob uma matriz eletrónica de TFT dotada de selênio- amor- fo, um fotocondutor capaz de converter direta-mente a radiação X em sinal elétrico, provendo uma alta resolução espacial. O selênio- amorfo é um material conhecido desde a época dos equipamentos de xeromamografia, nos quais era utilizado como sensor. Além da grande vantagem de ser fotocondutor, possui alta resistividade elétrica se acondicionado no escuro, de forma que, uma vez uniformemente carregado, poderá ficar por um longo período nessa condição. Na aplicação ao ra- diodiagnóstico, quando a radiação X incide sobre este detector, ele descarrega de forma proporcional à quantidade de radiação incidente na placa detectora. Sua leitura se dá com o escaneamento da placa por um feixe de laser (Figura 34). O laser descarregará a carga residual, que será medida por um eletrodo transparente localizado acima da superfície do selênio. Essa forma de leitura : varredura por laser) pode ser considerada ligeiramente similar ao sistema de leitura de placas de imagem de fósforo fotoestimulável. Entretanto, os sistemas DR diretos têm uma vantagem muito maior. A imagem eletrostática do objeto reside na super ae do selènio do detector, enquanto no sistema CR a magem fotoestimulável latente reside no volume do sensor. Por essa razão, o feixe de laser que efetua a leitura do detector de selênio-amorfo pode ser focado em um ponto bem pequeno (o feixe de laser e bem mais fino do que no caso do CR), reduzindo o espalhamento da luz do laser, permitindo, assim, uma elevada resolução espacial inerente a esse sistema. Figura 34 Tecnologia de leitura do sistema de captura de imagens de selênio-amorfo por fotoindução eletrostática Com um alto range dinâmico, capaz de detectar exposições entre 0,01 mR até I OOmR, essa tecnologia é hoje adotada pela Hologic, empresa detentora da fabricante de mamógrafos Lorad, que lançou o primeiro mamógrafo digital com essa tecnologia, além da Siemens, que lançou seu primeiro mamógrafo digital em 2006, também utilizando o detector da Hologic, mas com trata- mento da imagem digital da própria Siemens. Detectores diretos versus indiretos A dúvida mais frequente e recorrente entre aqueles que tencionam migrar para sistemas digitais é: qual o ―melhor‖ sistema de captura para minha realidade, o de tecnologia direta ou indireta? Para responder essa pergunta, apresentamos várias ilustrações. A primeira (Figura 35) apresenta os fluxos de trabalho para as duas tecnologias ainda em comparação com o sistema convencional. A segunda (Figura 36) mostra um resumo das diferenças tecnológicas, considerando todos os sistemas de captura digital tratados neste texto, intercomparando o tipo de pulso elétrico gerado. E a terceira (Figura 37) apresenta as diferenças físicas encontradas entre os sistemas comercializados apresentados no capítulo.Na figura acima, é fato que a aquisição do sistema CR é igual à do sistema convencional, porém, após leitura da imagem, a multiplicidade de destinos mostra uma das vantagens dessa tecnologia sobre o sistema analógico. Também é visível a fluidez possível com a tecnologia DR. A exceção da diferença na captura, tanto a tecnologia CR como a DR apresentam as mesmas possibilidades pós-processamento da imagem. Sistemas de captura indireta possuem resposta rápida, capacidade de gerar imagens fluoroscópicas, ruído elevado na conversão, são flexíveis, portáteis, representam uma tecnologia comprovada e pouco mudam a rotina operacional do operador técnico. Em compensação, os sistemas diretos possuem maior resolução intrínseca, menor ruído na conversão, pixels menores, atendem somente uma sala ra- diológica, ainda é uma tecnologia em expansão, a aquisição e disponibilização não requer etapas extras, possui elevado DQE mais próximo ao filme), mas sua relação custo-benefício é baixa, comparada ao CR. A análise conjunta das Figuras 40 e 41 mostra porque as tecnologias CR e DR são as que merecem mais atenção. A evolução da resolução e a melhora da relação sinal-ruído do sistema CR fizeram com que sua qualidade de imagem só ficasse pouco aquem dos sistemas DR direto. Como a relação custo-benefício desses dois sistemas é muito diferente, a decisão fica por conta do comprador, em função da condição financeira da instituição. Vale lembrar que o custo de manutenção de um sistema CR, em geral, representa 10% a 15% do valor do equipamento, enquanto o de um sistema DR representa 30% de seu valor. Figura 36 Evolução da tecnologia digital de detectores radiográficos, respeitando as diferenças entre os sinais de captura e de visualização das tecnologias A capacidade de um sistema CR atender a várias salas radiográficas também é uma carac- tenstica que joga a favor dessa tecnologia; porem a maior resolução espacial, range dinâmico e tonalidades de cinza são indiscutivelmente da tecnologia DR direta. Para que a tecnologia CR alcançasse o padrão de imagem do sistema DR indireto, mais de dois anos se passaram. Mesmo com essa conquista, sabe-se que a probabilidade de esse tipo de sistema superar a tecnologia DR direto é praticamente zero. Os fabricantes apostam em melhoria suficiente para equiparar suas soluções ao sistema convencional o que, em primeira instância, será suficiente. As pesquisas nesse sentido não param e o maior beneficiado com essa evolução é, sem dúvida, o paciente. Aparentemente, um mix das duas soluções representará a solução digital ideal. No entanto, esta ainda não é a realidade brasileira, embora seja uma prática bastante comum em países do primeiro mundo, como os EUA. Figura 38 Componentes digitais segregados em partes de uma solução digital tecnicamente disponível 6. Visão sistêmica e qualidade das soluções digitais Como temos dito desde o início do capítulo, sistemas digitais não são equipamentos, mas um conjunto de sistemas que formam uma solução. Esta pode ter sua complexidade aumentada em função da adoção de acessórios ou conexão com outras partes inerentes ao uso em uma rotina radiodiagnóstica. O equipamento digital, se separado dos demais componentes do sistema, perde grande parte de suas funcionalidades. A visão sistémica da solução digital compreende, além do equipamento de captura da imagem (qualquer que seja a tecnologia aqui apresen-tada), o sistema de leitura (estação de trabalho ou filmes), os sistemas de saída (filme ou CD) e o armazenamento (Figura 38). É desta forma que devem ser planejadas e tratadas as soluções digitais. Assim como no sis- tema analógico, temos aqui uma cadeia de sistemas interligados por uma corrente virtual cuja qualidade está diretamente relacionada ao elo mais fraco da corrente. A garantia de qualidade de uma imagem digital depende tanto do equipamento de captura como da estação de trabalho e da impressora adotada. Além dos cuidados com sua aquisição, já tratados nos itens acima, a atenção sistémica recomenda considerar de forma diferenciada imagens originais das duplicadas (pois estas podem ter sido alteradas), a imagem processada do row data, bem como sua base de visualização (se foi gerada a partir de um monitor de serviço ou diagnóstico). Para avaliar a qualidade de uma imagem produzida, seja em CR ou DR, devemos enviá-la para um destino de padrão conhecido e reconhecido como referência: impressora qualificada ou estação de trabalho dos radiologistas, ou, na ausência destes, uma estação de revisão. Evite avaliar a qualidade de imagens através dos monitores de um CR, DR ou painéis remotos de operação. Para avaliar qualitativamente uma imagem, devem-se utilizar sempre monitores diagnósticos. Igualmente, os equipamentos radiográficos precisam obrigatoriamente estar ca- librados para a realização dessa etapa. Ao avaliar as imagens geradas através de sistemas de saída, como impressoras, é funda- mental conhecer não só a tecnologia empregada como também sua mídia. As considerações serão diferentes se a impressora for a laser, térmica, sublimação ou de algum outro tipo, se a tecnologia for dry, em vez de wet (películas de laser dry mantêm a emulsão, por isso, o contraste da imagem tende a ser mais flat: películas de laser wet removem completamente a emulsão, por isso, o contraste da imagem tende a ser melhor), se a base do filme for azul versus clara (base azul tem um contraste diminuído comparado com a base clara. O treinamento contínuo da equipe não integra o sistema, mas integra a solução; logo, também merece atenção nos processos que visam a qualidade da visão sistémica. E importante garantir que os treinandos se concentrem no treinamento enquanto os demais membros da equipe mantenham a rotina. Em uma segunda etapa, estes multiplicarão seu aprendizado com os demais colegas ou haverá uma inversão nas atividades, de forma a garantir o treinamento e a divisão do conhecimento com toda a equipe. Se um treinando dividir sua atenção entre a aplicação e a rotina, acabará não fazendo direito nenhuma das duas atividades, comprometendo a operação da nova solução. A calibração dos filtros digitais e consequente ajuste das imagens devem ser acompanhados por um radiologista definido pela equipe médica como seu representante (real e formal). Como o radiologista é o usuário das imagens geradas, cabe a ele definir, em consenso com toda a equipe radiológica, quais os padrões de imagens desejados. Tanto técnicos como médicos radiologistas precisam ser treinados na solução, mesmo que não venham a operar todas as partes que a compõem; precisam entender o que faz cada parte do processo e como uma influencia a outra, contribuindo para o perfeito funcionamento do sistema. Garantir a qualidade das imagens significa entrar numa arena multifacetada, que requer grande habilidade em processos digitais, forte conhecimento dos conceitos básicos. Cada incidente, se ocorrer, será único, mas uma pequena investigação certamente o ajudará a encontrar a solução, evitando outros percalços. Controle de qualidade de sistemas digitais Assim como nos sistemas convencionais, os testes de aceitação e controle de qualidade (CQ) periódicos são essenciais. Testes de aceitação fornecem valores de uma linha de base, além de validarem a performance da solução recém- adquirida. Os controles de qualidade garantem a operação nas melhores condições dos sistemas e soluções. A Figura 39 apresenta a filosofia do Grupo de Trabalho # 10 da Associação Americana deFísica Médica, que elaborou um documento com mais de 70 páginas sobre quais testes são necessários para as duas questões acima apresentadas. Esse material será a base da recomendação do Colégio Americano de Radiologia e do FDA, além de outras entidades fora dos EUA. Testes de CQ devem preferencialmente utilizar simuladores (phantom) e os testes recomen-dados pelo fabricante (cada empresa possui um conjunto de ferramentas de testes de CQ, que geralmente são vendidas separadamente), os quais incluem avaliações do sistema leitor e de captura (placas de fósforo, no caso dos CRs). Um sistema digital deve, no mínimo, avaliarem períodos definidos os seguintes parâmetros: ♦ Resolução do scan e sub-scan. ♦ Acurácia do sistema mecânico. ♦ Calibração do sistema óptico, incluindo a potência do laser. ♦ Correções próprias do TFT (somente para DR). ♦ Interfaces com sistemas HIS, RIS e PACS. ♦ Processamento da imagem. ♦ Uniformidade do sistema de captura (placas de fósforo, no caso do CR). ♦ Ruído do sistema e das placas de imagem, quando houver. ♦ Resposta do sistema (linearidade, qualidade do feixe e resposta versus exposição). ♦ Resolução de alto contraste. ♦ Resposta do baixo contraste (ruído). ♦ Dose aplicada nos exames. ♦ Qualidade do apagamento das placas de imagem (CR). ♦ Procedimentos de posicionamento e colimação das imagens (operacional). ♦ Monitores (resolução, brilho e contraste oferecidos). ♦ Impressão (resolução, tons de c nza. contraste e densidade max ma do f mei. ♦ índice de repetição de exames. ♦ Análise de artefatos. ♦ Verificação dos registros e manutenções reutilizadas. Informações mais comp etas podem ser obtidas junto a documentação da AAPM. Além disso, continuam sendo necessários a garantia da calibração e da aferição dos equipamentos ra- diológicos e os cuidados com os processos de aquisição de imagens, entre eles: posicionamento adequado e uso de técnica padronizada e re- comendada, sem descuidar da colimação, fator importantíssimo na captura de imagens digitais. 7. Tendências da tecnologia digital Que a tecnologia digital veio para ficar não há mais dúvida. Hoje existem mais de 45.000 sistemas CR instalados em todo o mundo e a proporção de sistemas DR versus sistemas CR, é de 1:15, aproximadamente. Como estas são as tecnologias mais utilizadas, pesquisas considerando-as no futuro também são as que apresentam maior número de projetos. Destacamos a tomossíntese, tecnologia que permitirá a aquisição de uma imagem volumétrica de mamografias partindo de aparelhos de mamografia modificados, utilizando um detector DR (Figura 40 A e B). Nessa solução, o sistema de raios X efetua uma varredura da mama, realizando um movimento circular, expondo a mama da paciente e efetuando capturas a cada grau de rotação do sistema. As imagens adquiridas passam por um processamento para eliminar sobreposições e, como resultado, temos uma sequência de imagens que poderão, por reconstrução digital, formar todo o volume da mama. Outra característi- ca positiva dessa solução é a redução do ruído na aquisição, melhorando significativamente a qualidade da informação (Figura 40). Figura 40 (A) Protótipo de aparelho com tecnologia DR para exames de tomossíntese da GE. (B) Sequência de imagens mamográficas realizadas por tomossíntese. Elas apresentam características de volume em seu padrão Outra tendência dos sistemas digitais CR é a evolução de seus cassetes. Estes tendem a ficar cada vez mais leves e resistentes e, em conjunto com o sistema leitor, melhora a resolução espa-cial. Inicialmente, os sistemas CR possuíam resolução de 100/im, depois passaram para 50jL/m, e as pesquisas continuam buscando sistemas com resoluções maiores e capazes de gerar imagens com doses de radiação ainda menores. Com a obtenção da certificação do FDA para os sistemas CR de mamografia, agora as empresas voltam sua atenção para os sistemas CAD, pois este completará a solução para essa aplicação. Esta é outra tendência para os siste-mas de processamento digital: uma estação de trabalho digital que, além de ferramentas espe-cíficas para uso com as tecnologias de captura digital radiográfica, aceita a incorporação de sistemas CAD, seja para uso em mamografia, pneumologia e/ou oncologia como opcionais valiosos. Ainda no segmento das estações de trabalho, softwares e sistemas computacionais para uso paralelo com Ortopedia (sistema para planejamento cirúrgico de próteses e correções ortopédicas) e outros, como fusão entre imagens de Anatomia com Fisiologia, também começam a despontar como acessórios poderosos dessas soluções. Já possuímos alguns serviços que estão realizando diagnósticos remotos através da venda de laudos à distância ou cobertura de férias de especialistas. A tendência desse tipo de serviço é aumentar consideravelmente, sobretudo para especialistas. O reconhecimento dessas tecnologias pela sociedade vem garantindo melhor prestígio profissional e institucional, bem como a diferenciação dos serviços de diagnóstico por imagem que adotaram esses sistemas. 8. Conclusões A capacidade de um sistema digital (DX) ofere- cer um range dinâmico maior do que um sistema tela-filme, unida à possibilidade de abolir o uso de processamentos químicos, como, por exemplo, o revelador e o fixador, que afetam o meio ambiente, tornaram as soluções digitais muito atraentes às instituições médicas diagnósticas, mesmo em um País com características heterogéneas e difi- culdades financeiras como o nosso. O indiscutível aumento do fluxo de trabalho de 20%, no mínimo, para até 45% (se a rotina for planejada nesse sentido), somado as possíveis melhorias na qualidade da imagem, são fatos comprovados para as soluções compostas por sistemas digitais. Estes permitem melhoria no fluxo do serviço, na capacidade de atendimento e, consequentemente. maior rapidez no tratamento do paciente, eliminação da perda de filmes e redução das impressões (mais imagens por filme e ooss b dade de ser filmless). Estas, por sua vez. podem ser mais baratas (sistema dry). Com o uso adequado, teremos imagens de melhor qualidade, com diminuição da dose equivalente e com disponibilidade imediata pré e pós-laudo para toda a instituição. Possibilidade de comparação de estudos com exames anteriores. Para instituições formadoras e escolas médicas, a grande facilidade no preparo de aulas e de material didático é um ponto a considerar. Todas essas afirmações são verdadeiras, se toda a estrutura estiver voltada e focada na conquista dessas possibilidades. Elas não são naturais e involuntárias; requerem dedicação e processos bem definidos. A maior dificuldade encontrada na transição do sistema convencional para o digital tem sido a cultura operacional dos profissionais que compõem um serviço diagnóstico. Os que apresentam maior dificuldade de se adaptar a essa mudança são os operadores técnicos. Em segundo lugar, aparecem os serviços de suporte e, em terceiro, mas não menos importante, os radiologistas. Essa dificuldade apresenta várias causas, dentre as mais comuns: a faixa etária, a comunicação e o grau de instrução. Costumo dizer que, se você possuir apenas um real para investir em sistemas digitais, invista-o na cultura de sua equipe multiprofissional. Em resumo, podemos afirmar que, graças ao conhecimento adquirido nas outras áreas diagnósticas, associado ao desenvolvimento tecnológico dossistemas de informação computadorizados (processadores mais potentes e mais rápidos, capacidade de guardar e resgatar quantidades cada vez maiores de dados digitais, com segurança, eficiência e a custos continuamente decrescentes, possibilidade de transmissão de dados digitais cada vez mais rápidos e em maior quantidade, etc.) e ao avanço das tecnologias de captura digital (aumento da luminância dos materiais fotoestimulados, durabilidade e resolução das placas de imagem), tornou-se técnica e economicamente viável aos sistemas de radiografia digital colocar em xeque a sobrevivência dos sistemas análogos ou convencionais. Um sistema digital não é um equipamento; é uma solução e como tal deve ser tratada a fim de evitar descontentamentos e prejuízos, materiais e profissionais.