A EVOLUÇÃO DOS TOMÓGRAFOS

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A EVOLUÇÃO DOS TOMÓGRAFOS
Barbosa,Thaizza
Galdino,Oscar
Pereira,Gercino
RESUMO
INTRODUÇÃO: A Tomografia desde a sua descoberta, vem sofrendo um crescimento tecnológico na busca de imagens com melhores resolução em curto espaço de tempo. Hoje há uma grande variedade de equipamentos disponíveis no mercado diagnóstico, cada um buscando atender as necessidades de cada centro de diagnóstico.
 OBJETIVO: Apresentar os avanços tecnológicos dos tomógrafos desde a primeira geração até os dias de hoje. METODOLOGIA: Em virtude dos objetivos estabelecidos, pode-se classificar essa pesquisa como exploratória, para Andrade (2010). Neste estudo, utilizou-se do acervo da biblioteca, por meio de pesquisas em livros, revistas e artigos científicos e também foram acessadas bases de dados disponíveis na internet em busca de artigos eletrônicos sobre o tema do trabalho. RESULTADOS E DISCUSSÃO: Compreende a realização de exames com uma tecnologia de diagnóstico por imagem adequada a cada equipamento. CONCLUSÃO: Este trabalho foi elaborado para revisar conhecimentos, reforçando conceitos e pressupostos científicos com embasamentos fundamentados em anteriores pesquisas relacionadas ao que diz respeito a radiologia e aparelhos de Tomografia Computadorizada e sua evolução.
PALAVRAS-CHAVE: Tomografia Computadorizada, gerações, evolução.
1 INTRODUÇÃO
A Tomografia Computadorizada surgiu como método de diagnóstico na década de 70 pelo engenheiro eletrônico Sir Godfrey Hounsfile, em Midillesex – Inglaterra. A modalidade obteve uma grande repercussão em toda comunidade científica, principalmente pela capacidade de visualização de tecidos moles (parênquima cerebral).
O primeiro tomógrafo foi projetado para estudo do crânio, devido a grande necessidade na época de uma modalidade de imagem que demonstrasse toda a estrutura cerebral em especial tecidos moles, onde nos raios-x convencionais somente obtém-se avaliação da calota craniana. Neste primeiro equipamento era destinado para estudo do crânio, sendo que a dimensão do gantry somente comportava a estrutura da cabeça.
A partir desse momento muitas transformações aconteceram, principalmente em relação ao estudo de corpo inteiro, passando a ser inseridos nos maiores centros de imagens do mundo.
A Tomografia desde a sua descoberta, vem sofrendo um crescimento tecnológico na busca de imagens com melhores resolução em curto espaço de tempo. Hoje há uma grande variedade de equipamentos disponíveis no mercado diagnóstico, cada um buscando atender as necessidades de cada centro de diagnóstico.
As transformações e mudanças tecnológicas parecem algo sem limites e a cada dia surpreendendo nossas expectativas, com gerações e gerações de tomógrafos. As pesquisas em torno desse segmento tem muito a explorar, principalmente na área de protocolos e informática, ao que tudo indica, a TC ainda nos revelará grandes surpresas.
2 METODOLOGIA
Em virtude dos objetivos estabelecidos, pode-se classificar essa pesquisa como exploratória, para Andrade (2010), as pesquisas exploratórias têm como principal finalidade desenvolver, esclarecer e modificar conceitos e ideias, tendo em vista, a formulação de problemas mais precisos ou hipóteses pesquisáveis para estudos posteriores.
Neste estudo, utilizou-se do acervo da biblioteca, por meio de pesquisas em livros, revistas e artigos científicos e também foram acessadas bases de dados disponíveis na internet em busca de artigos eletrônicos sobre o tema do trabalho.
3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 História da Tomografia Computadorizada
A Tomografia Computadorizada, também conhecida como TC ou CT (Computed Tomography), deriva seu significado das palavras gregas tomos que significa "fatia" ou "seção", e grafia que significa "descrever". É um exame de imagem que utiliza raios X para gerar imagens do corpo que são processadas por um computador, podendo ser dos ossos, de órgãos ou de tecidos.
A imagem por TC foi inventada por dois pesquisadores independentes: Sir. Godfrey Hounsfile, dos laboratórios da EMI, na Inglaterra e pelo físico chamado Dr. Allan Cormack (Hounsfield e Cormack receberam o Prêmio Nobel por suas contribuições à medicina). Os dois pesquisadores desenvolveram os primeiros scanners de TC utilizados apenas para imagens do cérebro, entre os anos de 1974 e 1976.
A primeira máquina foi criada com raios gama de fonte amerício e com um computador com programação para reprodução biodimensional e detectores de cristais de iodeto de sódio e, a imagem demorava horas para adquirir dados e dias para criar imagens, que eram criadas com baixa resolução. Nos últimos 25 anos, novas tecnologias foram desenvolvidas para acelerar o processo de coleta de dados (em milissegundos) e para criar imagens de maior resolução.
No Brasil, o primeiro tomógrafo computadorizado foi instalado no Hospital Beneficência Portuguesa, localizado em São Paulo. A primeira avaliação realizada de tomografia computadorizada, foi em uma mulher de 41 anos com um tumor do lobo frontal esquerdo no dia 1° de outubro de 1971.
Figura 1 - O cérebro humano por volta de 1975 (à esquerda), e o cérebro humano da TC moderna (à direita). Fonte: health.siemens, 2006.
3.2 Formação da imagem
A imagem por TC é um mapeamento do coeficiente linear de atenuação da seção do corpo humano em estudo. A imagem é apresentada como uma matriz bidimensional em que, a cada elemento desta matriz, o pixel, é atribuído um valor numérico, denominado número de TC. 
Este é expresso em unidades Hounsfield (UH) e está relacionado ao coeficiente linear médio de atenuação do elemento de volume, voxel, no interior do corte que o pixel representa. 
O grau da qualidade da imagem liga-se à fidelidade com que o conjunto de números de TC reproduz as pequenas diferenças em atenuação entre os tecidos (resolução de baixo contraste ou resolução de sensibilidade) e os pequenos detalhes das estruturas (resolução de alto contraste ou resolução espacial) (2,3).
Destacam-se os seguintes pontos de superioridade da imagem por TC sobre a imagem radiográfica convencional:
• A possibilidade de distinguir as estruturas de órgãos e tecidos com pequenas diferenças de densidade (0,5%), em especial entre os tecidos moles,
• A obtenção de uma imagem da seção de corte de interesse sem a superposição das imagens das estruturas anatômicas não pertencentes à seção em estudo,
• As imagens das estruturas anatômicas conservam as mesmas proporções, isto é, não há distorção geométrica e
• A obtenção de imagens digitais para as medições quantitativas das densidades dos tecidos e dos tamanhos das estruturas. As imagens digitalizadas admitem manipulações pós-reconstrução da imagem, tais como: ampliação, refinamento, reformatação em outros planos (2D) e reconstrução da imagem tridimensional (3D).
3.3 Gerações dos aparelhos tomógrafos
As subdivisões das diferentes tecnologias de equipamentos de tomografia computadorizada introduzidas no mercado costuma ser numerada através de gerações de equipamentos. Estas gerações são basicamente relacionadas à geometria de detecção e à forma como os componentes do sistema, tubo de raios X e detectores se movimentam durante a coleta de dados para a produção das imagens. 
A evolução dessas gerações busca, em geral, a redução dos tempos de exames e a coleta de dados para a formação das imagens, com o objetivo de viabilizar a reconstrução de imagens de boa qualidade mesmo com a presença de movimentos involuntários dos órgãos em estudo.
 Portanto, não há um consenso sobre a definição dessas gerações dos equipamentos. Existem quatro ou cinco gerações de tomógrafos até os dias atuais, sendo algumas delas variações da terceira geração.
3.3.1 Primeira Geração
O primeiro aparelho de Tomografia Computadorizada foi criado em 1972, por Godfrey Newbold Hounsfield, e foi chamado de EMI, em homenagem a empresa em que trabalhava, Eletric and Musical Industries LTDA.
A geometria de aquisição de dados dos primeiros equipamentos era baseada em um princípio de rotação-translação, no qual um feixe de raios X altamente colimado atravessava o pacientee era coletado por um ou dois detectores. Este feixe de raios paralelos gerava um perfil de projeção a cada varredura (translação).
Após uma translação, o tubo e o detector giravam um grau e transladavam novamente para coletar informações de uma direção diferente. Este processo era repetido até circunscrever 180º ao redor do paciente e esses equipamentos gastavam seis minutos, em média, para executar todo este processo (4).
3.3.2 Segunda Geração
O primeiro tomógrafo da Segunda Geração foi criado em 1974, por Robert S. Ledlev. Nesta geração de tomógrafos, o número de detectores aumentou resultando em uma geometria de feixe em forma de um pequeno leque com origem no tubo de raios X. Após uma varredura, o tubo e o conjunto de detectores realizavam um movimento de rotação (6o a cada giro), completando um ciclo. 
Este processo era repetido até circunscrever 180º em torno do paciente. Isto acarretou em mudanças significativas no processo de reconstrução das imagens, que agora deveria ser capaz de manipular as informações obtidas a partir de uma projeção de um feixe em forma de leque. Foi elaborado um arranjo composto por 30 detectores, que eram capazes de coletar todas as projeções em torno de 20 segundos (5).
3.3.3 Terceira Geração
O primeiro tomógrafo da Terceira Geração surgiu no ano de 1975, e realizava uma coleta completa dos perfis das projeções em rotação de 360o do conjunto fonte-detector. A geometria do feixe ainda possui formato de leque e atingia o conjunto de detectores posicionados em arcos de 30º a 40º. 
As limitações de aquisição estavam no sistema gerador, pois o tubo de X era alimentado por cabos de alta tensão, que ficavam torcidos ao final de cada giro do gantry, era necessário então rotacionar no sentido contrário para “desenrolar” os cabos e assim possibilitar uma nova aquisição. Assim, sequências axiais, com incremento da mesa eram realizadas em diversos exames (4).
Esses equipamentos realizavam a varredura em tempos menores que 1 segundo, o que resultou na diminuição da quantidade de artefatos gerados devido aos movimentos do paciente.
3.3.4 Quarta Geração
O projeto dos tomógrafos de Quarta Geração, construído em 1980, consistia de um conjunto detector composto por um arco de 360o (contendo 4000 unidades, em média) que se mantinha estacionário, enquanto o tubo de raios X rotacionava ao redor do paciente. 
Uma vantagem dos equipamentos desta geração foi o fato de obter-se uma alta amostragem das projeções, pois a mesma área do detector era atingida por 11 uma grande quantidade de fótons de raios X (isto devido à geometria do feixe e à maneira como os fótons chegavam ao detector), o que minimizou os artefatos de descontinuidade. 
Era possível também, calibrar e normalizar (equalizar) o sinal em cada detector, isto evitou artefatos do tipo anel, nesta geração de equipamentos. Porém, como cada detector era atingido por fótons provenientes de feixes muito largos, isto produzia muita radiação espalhada. 
Outra desvantagem estava associada ao custo de um equipamento deste tipo, pois eram necessários cerca de 4000 elementos detectores distribuídos em uma grande circunferência ao redor do paciente. Tal número era devido a uma abertura de suficiente do gantry para caber um paciente e também para manter o tubo de raios X a uma distância aceitável até o paciente.
3.3.5 Quinta Geração-EBCT
Os tomógrafos desta geração foram construídos entre 1980 e 1984 com a finalidade de aplicação em exames cardíacos. Os tomógrafos por feixe de elétrons (do inglês: electron beam computer tomography – EBCT) eram capazes de obter imagens do coração praticamente sem movimento, pois conseguiam adquirir imagens em 50 milissegundos minimizando assim artefatos de movimento, inerentes às imagens cardíacas. 
Nestes equipamentos, a rotação da fonte era obtida por meio de campos magnéticos, atingindo anéis de tungstênio, gerando radiação X. Os fótons de raios X atravessavam o paciente e eram capturados por detectores que estavam posicionados em oposição aos anéis de tungstênio. Neste sistema, tanto a fonte (anéis-alvo) quanto os detectores eram estacionários (3).
3.3.6 Helicoidal
Pode-se dizer que esta é uma variação da 3a geração de equipamentos de tomografia. O que tornou a tomografia helicoidal ou espiral possível, foi o desenvolvimento de uma nova tecnologia conhecida por slip ring (anéis deslizantes), que eliminou o problema dos cabos de alta tensão que limitavam as aquisições na 3a geração. 
Tal sistema permitia que o contato elétrico entre o gerador e o tubo de raios X fosse feito por meio de “escovas” que deslizavam em um anel metálico. Assim, tornou-se viável a aquisição das projeções enquanto a mesa se movimentava, obtendo-se imagens volumétricas. Como resultado do movimento combinado entre a rotação do sistema tubo-detectores e do movimento da mesa, a fonte de raios X se movia como se formasse um padrão helicoidal ao redor do paciente. 
Outro conceito importante criado neste período foi o fator de passo (pitch), definido pelo movimento da mesa do paciente a cada 360o de rotação do tubo de raios X e pela largura do feixe de raios X (5).
3.3.7 Multislice
Apesar dos grandes avanços obtidos com a tomografia helicoidal, algumas aplicações clínicas, como a angiografia por tomografia exigia cobertura de volumes maiores, porém os equipamentos helicoidais contendo uma fileira para aquisição não eram rápidos o suficiente para obterem imagens de boa qualidade no pico de concentração do material de contraste nas veias e artérias do paciente. 
Diante de necessidades como esta, os fabricantes desenvolveram os equipamentos de múltiplos detectores. O primeiro equipamento com esta tecnologia é de 1998 com a configuração de quatro fileiras detectoras que faziam aquisições simultâneas, agilizando o processo de obtenção das imagens.
Na tomografia de uma única fileira detectora (single slice), a espessura de corte era determinada pela abertura do colimador, o que era bom para aumentar a quantidade de fótons de raios X que atingia o paciente. Porém, a resolução espacial piorava, pois a quantidade de radiação espalhada aumentava no paciente e, consequentemente, esta atingia os detectores elevando o ruído, o que comprometia a visualização de estruturas importantes em um exame. 
Nos equipamentos de múltiplos detectores, a colimação (n x d) passou a ser determinada pela combinação, entre o tamanho do elemento detector (d) associado à quantidade de fileiras de detectores selecionadas (n); a espessura de corte pode ser escolhida entre as possibilidades de cada colimação.
Por serem detectores do tipo estado sólido, já não seria mais possível mudar fisicamente a largura do detector para atender a um protocolo de exame. Era necessário agrupá-los entre si, por meio de controle computacional, para se ajustarem à espessura selecionada para a representação da imagem. Os fabricantes escolheram construir as fileiras detectoras de duas maneiras: homogêneas (todas as fileiras com o mesmo tamanho de detector – Figura a) e híbridas (fileiras com tamanhos diferenciados – Figura b). Atualmente, encontram-se equipamentos com 4, 8, 16, 32, 40, 64, 128 e 320 fileiras detectoras. 
Apenas como um exemplo: um equipamento de 16 fileiras possui, em média, 750 detectores por fileira, chegando a um total de 12 mil detectores individuais. Os arranjos entre as fileiras detectoras podem ser exemplificados para um equipamento de 16 fileiras com espessura de detector de 0,625 mm (colimação = 16 x 0,625 mm), é possível selecionar espessuras de corte de 0,625, 1,25, 2,5 e 5,0 mm, gerando 16, 8, 4 e 2 imagens, respectivamente (5).
4 CONCLUSÃO
Portanto, desde a sua criação, a tomografia computadorizada teve um avanço muito grande, no início os aparelhos tinham muitas limitações e tempo de exames muito grande, as imagens eram todas no formato sequenciais, aquisição e avanço de mesa, giro no tubo de 180º, feixe em forma de lápis, já na 3º,4º e 5º geração, tivemos uma melhora considerável, menor tempo de exame, sincronização entre mesa e gantry,cortando e fazendo aquisições ao mesmo tempo com giro de 360º, feixe em forma de leque onde realmente teve uma expressão de tecnologia, e já disponibilizava do sistema helicoidal ou espiral, possibilitando reconstruções e reformações multiplanares.
De lá pra cá, esse avanço não parou, e hoje estamos na sexta geração de aparelhos de Tomografia Computadorizada, disponibilizando de tecnologia super avançadas, e com tecnologia multi slices de aquisições volumétricas, com cortes cada vez mais finos, exames que antes eram feitos com tempo de 5 minutos, nessa tecnologia passou a ser realizado de 3 a 5 segundos, de alta definição de imagens feixe em forma de cone, enfim, não dá para esconder que evoluímos muito.
 REFERÊNCIAS 
1. Friedland GW, Thurber BD. The birth of CT. AJR 1996;167:1265-1370.
2. Gray JE, Anderson WF, Shaw CC et al. Multiformat videoand laser cameras: history, design considerations,acceptance testing and quality control. Report of AAPMdiagnostic x-ray imaging committee task group N. 1 a),b).Med Phys 1993; 20:427-438.
3. Buzug, T. M., Computed Tomography – From Phonton Statistics to Modern Cone-Beam CT, Springer, Berlim, Germany, 2008.
4. KALENDER, W. A., “Computed Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications”, 2nd ed, Publics Corporate Publishing, GWA, Erlangen, Alemanha, 2005.
5. Hsieh, J., Computed Tomography – Principles, Design, Artifacts and Recent Advances, Spie Press, Bellingham, Washington, EUA, 2003.
6. A TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA. Disponível em: <http://projetofilos.com.br/2018/01/a-tomografia-computadorizada/>. Acesso em: 19 out. 2018. 
7. ANDRADE, Maria Margarida de. Introdução à metodologia do trabalho científico: elaboração de trabalhados na graduação – 10 ed. - São Paulo: Atlas, 2010.