Tomografia Computadorizada: Exame de Imagens

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TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA
Tomo =fatia, corte Grafia=foto,imagem
 A tomografia computadorizada (CT – TC ou TAC) é um exame de imagens reconstruídas por meio de um computador, a partir da emissão de vários feixes de raio-X por um tubo, que gira em torno do paciente de forma contínua. A TC é um dos exames mais complexos e de alto custo, produzindo imagens do corpo em cortes transversais (axiais), produzido por um feixe muito fino de RX. A TC pode ser comparada a um pão de sanduíche onde em uma radiografia convencional seria o pão em AP ou PERFIL, enquanto que a imagem tomográfica seria uma fatia deste pão.
Grande vantagem da TC são as informações tridimensionais das estruturas internas sem sobreposição da anatomia adjacente. As imagens da tomografia computadorizada têm muito mais detalhes do que a da radiografia tradicional (raio-X) e permitem reconstruções em diferentes planos, além de aquisições milimétricas de imagens do corpo humano. Esse tipo de exame não é invasivo, ou seja, não provoca dor. Além disso, a análise pode ser feita em qualquer parte do corpo como abdômen, tórax, crânio e ossos. Uma TC indica a quantidade de radiação absorvida por cada parte do corpo analisada, e traduz essas variações numa escala de cinza, (Unidades de Hounsfield) (em homenagem ao criador da primeira máquina de TC) produzindo uma imagem. A tomografia com contraste é necessária em alguns casos para destacar as áreas do corpo que estão sendo examinadas.
O material de contraste bloqueia os raios-X e aparece branco nas imagens, o que pode ajudar a enfatizar vasos sanguíneos, intestinos ou outras estruturas. Costuma ser mais usado em tomografias para análises de órgãos, músculos e veias. É um exame de alta qualidade diagnóstica, realizado em poucos minutos nos aparelhos modernos e normalmente realizado em duas fases. A primeira é realizada sem contraste ou chamada de fase simples, posteriormente caso seja necessário, é realizada uma punção em veia periférica onde será injetada uma solução de contraste a base de iodo (fase contrastada). Para a realização da tc é necessário que o paciente esteja em jejum absoluto de no mínimo 04 horas, em exames de abdômen pode ser necessário contraste via oral ingerido 02 horas antes do exame.
A TC é um exame no plano axial, mas que permite a reprodução de imagens em qualquer plano. Tomógrafos mais recentes, permitem que sejam realizados cortes sem intervalos, o que possibilita a criação de imagens tridimensionais.
O exame de tomografia pode ser feito em diversas partes do corpo e com finalidades diagnósticas muito diferentes. O médico pode recomendar uma tomografia computadorizada para ajudar a: 
•Diagnosticar distúrbios musculares e ósseos, como tumores ósseos e fraturas Identificar a localização de um tumor, infecção ou coágulo sanguíneo 
•Orientar procedimentos como cirurgia, biópsia e radioterapia
 •Detectar e monitorar doenças e condições como câncer, doenças cardíacas, nódulos pulmonares e massas hepáticas 
•Monitorar a eficácia de certos tratamentos, como o tratamento do câncer
 •Detectar ferimentos internos e sangramento interno.
Componentes do Tomógrafo
Os tomógrafos possuem dois sistemas principais, o sistema de varredura e o sistema computacional. 
O sistema de varredura é responsável pela parte operacional do exame, onde serão obtidas as informações da imagem. 
O sistema computacional é responsável por transformar as informações adquiridas durante a varredura em imagens para o diagnóstico. 
Além destes dois sistemas, existe ainda a mesa computadorizada, que se movimenta de acordo com o exame que será realizado, o console que é o centro operacional que controla o procedimento do exame, a estação de trabalho que será onde o médico radiologista irá visualizar o exame e ainda a impressora para documentar as imagens do exame. 
O sistema de varredura é composto pelo: 
•Gantry - O gantry, maior parte do equipamento, é a área onde ficam o tubo de raio-X, detectores de fótons e placas controladoras. Podendo ser angulado
•Tubo de RX - O tubo de raio-X é formado pela cápsula que envolve a radiação, pelo catódio (que libera elétrons) e pelo anódio rotatório (responsável pela transformação dos elétrons em raios-X). 
•Colimador -Os colimadores são dispositivos que limitam o tamanho do campo de incidência dos raios X através da absorção de parte da radiação, direcionando e suavizando o feixe.
 •Detectores - Detectores de fótons são dispositivos que captam a radiação e a convertem em sinais elétricos analógicos.
 •Sistema de Aquisição de Dados. 
O sistema computacional é composto pelo: 
•Sistema de processamento de imagens;
 •Sistema de reconstrução de imagens
HISTORICO E EVOLUÇAO DA TC
Na TC o nome Wilhelm Konrad Roentgen (1895), foi seguido por outros importantes nomes
. J. RANDON – matemático austríaco 1917 – provou que um objeto tridimensional poderia ser reconstruído matemáticamente. 
ALLEN M. CORMACK - físico 1950 – descobriu que as doses de radiação poderiam ser previstas baseado na distribuição de coeficientes de atenuação e que poderiam ser exibidos em uma escala de cinza. 
W. H. ORDENDORF – neurologista 1961 – foi capaz de reproduzir secções transversais de estruturas intracranianas de radio densidades diferentes.
GODFREY HOUNSFIELD – A tc foi idealizada em 1967 por Hounsfield, um engenheiro eletrônico inglês, que se baseou nos estudos e princípios do australiano e matemático Rádon, feitos em 1917. Ele posicionou emissor e detector em lados opostos, com isto foi possível obter imagens. 
A teoria de Hounsfield se baseia no fato de que todos os raios passam através do corpo contendo informações de toda a matéria atravessada pela radiação e a imagem é obtida através de medidas de absorção de RX . O primeiro aparelho ficou pronto em 1971.
 Esse método não invasivo tem como fundamento uma reconstrução matemática no computador já utilizada por Hounsfield, essas imagens já no sistema digital têm fácil acesso e manipulação, imagens tridimensionais, nítidas, de alta resolução e com melhor finalidade de interpretação diagnóstica. No início, as imagens eram reproduzidas de forma borrada e Hounsfield criou uma escala de tons branco, cinza e preto,(em torno de 250 tons). com tonalidade atenuada de -1000 a +1000, sendo quanto mais denso, mais radiopaco e quanto menos denso, mais radio lúcido.
A convenção para nomenclaturas muda no sentido de que na tomografia trabalhamos com DENSIDADE.
Vale ressaltar que em alguns locais é possível ouvir hiperatenuação ou hipoatenuação. 
Hiperatenuação remete a imagens hiperdensas e hipoatenuação a imagens hipodensas.
 Basicamente a tomografia trabalha com janelas, dentre as principais podemos destacar: 
Janela óssea, Janela de partes moles, janela mediastinal e janela pulmonar.
Obviamente cada uma delas remete a uma determinada região a ser estudada. A escala de Hounsfield (UH), cuja qual categoriza a densidade de certas estruturas e lesões, auxiliando a compreender melhor os sinais emitidos por determinadas lesões ou estruturas anatômicas. Segue abaixo a imagem de escala de Hounsfield.
Gerações de tomógrafos
 Desde a construção dos primeiros protótipos, os tomógrafos seguiram uma linha evolutiva, passando por diversas concepções e progressivos aperfeiçoamentos. Os primeiros tomógrafos eram extremamente lentos, levando várias horas ou até mesmo dias para adquirir um número suficiente de projeções. 
Os tomógrafos atuais aquisicionam dados e reconstroem imagens e estruturas tridimensionais em segundos.
 A primeira geração de tomógrafos, utilizava apenas um detector. O detector era transladado em conjunto com a fonte de raios X de forma a adquirir uma projeção.
Em seguida, o sistema era girado de um pequeno incremento angular. O processo de translação era então repetido para obter a projeção seguinte.
 O feixe de raios X da primeira geração é chamado de pencil beam (feixe em forma de lápis).
Devido ao uso de apenas um detector, os tomógrafos de primeira geração possuem as seguintes vantagens: 
Baixo custo Processos de varredura eaquisição simples 
Algoritmo de reconstrução de imagens simples 
Maior qualidade de imagens devido ao uso de um único detector, não existindo pequenas variações entre um detector e outro. 
Entretanto, esta geração apresenta as seguintes desvantagens: 
Processo de varredura muito demorado 
Apenas uma fatia é coletada a cada varredura
A segunda geração de tomógrafos de raios X caracteriza-se por utilizar vários detectores dispostos de forma linear. Esta geometria, é chamada de feixe em leque estreito (narrow fan beam). O feixe de raios X em leque geralmente forma um pequeno ângulo (em torno de 10 o ). Nesta configuração, o conjunto de detectores realiza várias medidas simultaneamente. Ainda são necessários movimentos de translação e rotação para varrer toda a extensão do objeto. No entanto, devido ao uso de vários detectores, o incremento angular a cada rotação é maior, resultando em um número menor de rotações por varredura. 
Assim, a principal vantagem desta geometria em relação à primeira geração de tomógrafo é o seu menor tempo de coleta de dados. 
Os tomógrafos de segunda geração apresentam duas principais desvantagens: 
Geralmente existem pequenas variações entre as respostas dos detectores.
 Este fator, se não corrigido por software, causa artefatos nas imagens finais. Como o raio interno do feixe de raios X deve tocar a superfície do objeto no início e no final de cada translação, dados inúteis são sempre coletados no processo de varredura.
A terceira geração de tomógrafos, assim como a segunda, emprega vários detectores. Entretanto, esta configuração utiliza um número maior de detectores, de maneira a cobrir toda a seção transversal do objeto em análise.
 A terceira geração requer apenas um movimento de rotação para a coleta de dados. Portanto, em relação à primeira e à segunda gerações, a terceira geração apresenta como principais vantagens um sistema mecânico mais simples e um menor tempo de varredura.
 O número fixo e maior de detectores de um sistema tomográfico de terceira geração traz algumas desvantagens:
• O diâmetro máximo do objeto a ser escaneado é limitado pelo número de detectores. Isto não acontecia na primeira e na segunda gerações, graças ao movimento de translação empregado por estas configurações. 
• Quando objetos menores são escaneados, é coletada uma certa quantidade de dados inúteis, já que o feixe em leque cobre uma área maior. 
• O espaçamento entre cada raio de uma projeção é fixado e limitado pelo número de detectores. 
• Diferenças de resposta entre um detector e outro causam artefatos em forma de circunferência.
 • Em relação às gerações anteriores, este sistema é mais caro devido ao maior número de detectores empregados.
A quarta geração, é composta por uma circunferência de detectores, com a fonte de raios X colocada no seu interior. Assim, basta rotacionar a fonte ao redor do objeto (ou, quando possível, deixar a fonte fixa e rotacionar apenas o objeto) para coletar os dados. Esta configuração utiliza um número muito grande de detectores.
As vantagens da quarta geração são as seguintes: 
• Todos os pontos de cada projeção são adquiridos simultaneamente. 
• Por requerer apenas um movimento de rotação, o sistema mecânico para movimentar a fonte de raios X (ou o objeto) é simples. 
• Reduzido tempo de varredura graças ao simples movimento de rotação e ao feixe em leque cobrindo todo o objeto.
Por outro lado, a quarta geração possui as seguintes limitações: 
• O tamanho do corpo em estudo é limitado pelo feixe em leque produzido pela fonte de raios X. 
• Varreduras de objetos menores que o tamanho máximo resultam em coleta de dados desnecessários.
 • Custo muito elevado devido ao grande número de detectores.
• Número de raios por projeção limitado pelo número de detectores coberto pelo feixe em leque, limitando a resolução espacial do sistema. 
Existe ainda uma quinta geração de tomógrafos. Esta configuração é pouco comum e difere bastante das gerações anteriores. Nestes tomógrafos, não existe nenhuma parte móvel. Um feixe de elétrons é gerado, atingindo um alvo em forma de arco e produzindo um feixe de raios X. A direção do feixe de elétrons é controlada por uma bobina. Assim, os elétrons varrem o alvo de um extremo a outro, produzindo raios X em diferentes direções. Tomografia helicoidal de fatia única (single-slice) Tomografia helicoidal multi-fatias (multi-slices).
 A tomografia helicoidal, também conhecida como tomografia espiral, é bastante utilizada em medicina. Nesta modalidade, a fonte de raios X gira em torno do paciente ao mesmo tempo em que este é continuamente movimentado para dentro da abertura do tomógrafo.
Deste modo, a fonte realiza um percurso helicoidal em relação ao corpo do paciente. Um algoritmo apropriado permite reconstruir uma imagem tridimensional do corpo ou objeto em estudo.
A tomografia helicoidal multi-fatias emprega várias linhas de detectores. Desta forma, a tomografia multi-fatias permite coletar a cada aquisição um conjunto de dados correspondente a um volume inteiro, resultando na reconstrução de um numero maior de imagens que na tomografia de fatia única.
RESUMO – EQUIPAMENTOS E SUAS GERAÇÕES
VIDEO INTRODUÇÃO ATALHO
 Primeira geração – fino feixe RX em forma de lápis. Um ou no Maximo dois detectores. Movimento rotação 180 graus.
Segunda geração – feixe RX em forma de leque com multidetectores. Rotação 180 graus. 
Terceira geração – um banco de ate 960 detectores em oposição ao tubo de RX, que rodam em conjunto ao redor do paciente em um ciclo de 360 graus completos.
 Quarta geração – 1980 – anel fixo de até 4800 detectores, o tubo de RX gira em torno do paciente em 360 graus enquanto os detectores ficam fixos, chamado sistema convencional ou seqüencial. (tubo gira e a mesa se desloca na seqüência e tudo reinicia novamente para iniciar o próximo corte). 
A velocidade deste sistema fica comprometida devido ao reposicionamento constante das partes do sistema. As paradas para a reposição do tubo produzem uma demora de alguns segundos após cada corte. 
Quinta e sexta geração – surge na década de 90. Foi introduzido o sistema helicoidal (SPIRAL), incorporando-se a tecnologia dos anéis deslizantes, que proporcionam uma rotação continua do conjunto tubo e detectores. Enquanto tubo e detectores giram constantemente, a mesa com o paciente se movimenta continuamente. 
Até este momento os aparelhos eram considerados de corte único (uma rotação equivale a um corte)=(fatia). Geração atual – A partir de 1998 – 2000 - helicoidal MULTI SLICE , MULTICORTE OU TC VOLUMETRICA com mais fileiras de detectores.
Vários bancos paralelos de detectores são capazes de obter vários cortes com uma só rotação do tubo.O tempo do exame fica reduzido em várias vezes, o que tornou possível o estudo cardiovascular, angiografias por TC, diminuição de artefatos etc.
TERMINOLOGIA USADA EM TOMOGRAFIA
Amplitude, largura ou abertura da janela = Intervalo de valores na escala de Hounsfield (cinza) que permite ajustar o tom de cinza.
 Nível ou centro da janela= Regula a densidade da imagem, regula o cinza central, média da abertura da janela. 
VIDEO JANELAMENTO 
Detectores= Sensores que recebem o RX e transforma em impulsos elétricos.
Fov (Field ou view) = Campo de visão. Área da superfície de corte que pode ser ampliada ou reduzida, representa o tamanho máximo do objeto em estudo que ocupa a matriz 
Slice ou espessura de corte= Secção axial ou coronal exposta à radiação e que formará a imagem. Feed, intervalo ou deslocamento= Distancia entre os cortes, movimento da mesa de um corte até o próximo. 
Matriz= Espaço quadriculado de filas e colunas que determinam cada um dos pixels.
Pitch= Usado somente em tc helicoidal. 
Razão que reflete a relação entre a distancia percorrida pela mesa X o tempo de rotação do tubo fracionado pela colimação do feixe.
PITCH = feed mm/s X tempo rotação tubo(360)
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Slice mm(colimaçao)
Ex = pitch 1 =feed e slice iguais 10mm x 1s /10mm = 1 
Pitch 1.5 =feed maior que slice 15x1/10= 1.5 risco de não visualizar patologias menores
 Pitch 2.0 = feed menor que slice 5x1/10= 0.5 aumenta a dose com super amostragem de tecido
Pixel = Unidade de superfície da imagem. Forma a imagem bidimensional – tem altura e largura e compõem a matriz de exibição.
Voxel = Unidade de volume tridimensional com altura, largura e profundidade, onde a profundidade é dada pela colimação (espessura do corte).
Algoritmo = Número eleito para homogeneizar ou realçar contornos em uma imagem. Algoritmo de alta resolução = Método de reconstrução que usa algoritmo alto para aproveitar o máximo de resolução espacial.
Topograma ou scalt = Radiografia panorâmica frontal ou lateral, similar a uma radiografia convencional e que servirá para referenciar a técnica do exame.
PRINCIPIO BÁSICO DA TC E RECONSTRUÇÃO DA IMAGEM
A TC detecta a radiação que passa através do corpo em múltiplos ângulos e com a ajuda de um computador consegue reconstruir uma imagem onde aparecem as diferenças de atenuação dos tecidos. 
Após várias transmissões de dados de RX, a anatomia reconstruída é composta de um grande numero de pequenos blocos que representam um volume de tecido definido pelo colimador de fonte, cada um destes blocos é denominada de elemento de volume e abreviado por voxel.
A informação é transformada em impulso elétrico e transmitida ao computador, que processa os dados e forma a imagem. Um corte tomográfico é representado na tela do monitor por pontos bidimensionais chamados pixels, e tridimensionais chamados voxels. Quando o feixe de raios-X atravessa o paciente, ele sofre menor ou maior atenuação, dependendo da constituição dos tecidos em que ele incide; após atinge os detectores no lado oposto do tubo. Estes detectores transformam as diversas intensidades de radiação em impulsos elétricos de diferentes valores, os quais são transferidos para um computador. Quanto menor a atenuação da radiação pelo paciente, mais radiação irá incidir nos detectores e, conseqüentemente, maior o valor do impulso elétrico gerado. A área onde está o paciente é dividida, virtualmente em quadrados, formando uma grade. Cada quadrado é denominado pixel. Como o tubo de RX gira em torno do paciente, a radiação incide em diversos ângulos em cada quadrado. O computador então, através de complexos cálculos matemáticos, consegue estipular o quanto de radiação cada pixel atenua e projeta no monitor como imagem bidimensional denominada de matriz de exibição composta destes pequenos elementos de imagem denominados pixels.
Cada voxel é representado na tela como um pixel. Quanto maior o número de pixels atribuídos para uma determinada área, menor o tamanho do mesmo, e conseqüentemente maior a definição da imagem. Assim, quando se deseja melhorar a definição de uma determinada imagem, pode-se aumentar o número de pixels. Isso é feito aumentando-se a matriz da imagem. Porém, com maior número de pixels, o computador demora mais para processar os dados, ficando mais lenta a formação da imagem, o que aumenta o tempo de exame. De outra forma, se aumentar a área onde iremos aplicar uma matriz sem que se aumente o número de pixels, estes irão apenas aumentar de tamanho; isso também reduz a definição da imagem. Como cada pixel da imagem representa a média das densidades de um volume (voxel), pode acontecer que duas áreas contíguas de densidades distintas sejam incluídas no mesmo corte com as mesmas coordenadas espaciais. Isso causa um artefato chamado efeito de volume parcial. Um exemplo são áreas de menor e maior atenuação no parênquima cerebral, que na realidade denotam a inclusão da extremidade dos ventrículos na espessura do corte, e as estruturas ósseas que se encontram bem próximas do parênquima, sendo incluídos no mesmo voxel.
Os coeficientes de atenuação na Tomografia Computadorizada são medidos em unidades Hounsfield (UH). Nesta escala, é atribuído o valor 0 para a água e de -1000 para o ar e esses valores são representados na imagem por tons de cinza; a partir desses dois valores é que são obtidos os dos demais tecidos. Assim, quanto maior o grau de atenuação de uma determinada estrutura, mais branca ela irá aparecer na imagem e, quanto menor o seu efeito de atenuação, mais preta. Essa escala tem uma amplitude muito grande, chegamos a mais de 3.000 tons de cinza. Como o olho humano não tem a capacidade de distinguir todos esses tons, é necessário que se trabalhe com apenas uma parte da escala. Isso é possível regulando-se, no comando do aparelho, a amplitude da janela (W indow), ou seja, o número de tons de cinza que se deseja trabalhar.
SISTEMA DE COLIMAÇAO DA TC
Na TC a colimação é muito rigorosa por limitar a área de interesse. O feixe é colimado antes e depois de atravessar o paciente. Um colimador de fonte está próximo ao tubo e outro próximo a cada detector no arranjo de detectores.
A real espessura do corte é controlada pelo colimador de fonte e os colimadores detectores limitam a quantidade de radiação dispersa. Como cada corte é muito fino pouca radiação dispersa e secundária escapa para o tecido adjacente.
Os colimadores são dispositivos responsáveis pela restrição da exposição do paciente à região a ser analisada no exame. Além disso, também permitem a diminuição da dose de exposição de radiação no paciente e melhoram a qualidade das imagens. Há os colimadores pré-paciente (o feixe é colimado assim que sai do tubo) e pós-paciente (o feixe é novamente colimado ao entrar em contato com o detector). A colimação do feixe é um procedimento de extrema importância, já que está relacionada à espessura do corte, ou seja, à região que será analisada, refletindo diretamente na sensibilidade do exame. Portanto, ela é responsável por evitar o espalhamento, fazendo com que as linhas do feixe apresentem um aspecto alinhado e organizado. As espessuras de corte devem estar compreendidas na faixa de 1mm a 10 mm, podendo ter especificações predefinidas para determinados exames, a fim de garantir uma melhor qualidade da imagem, ou seja, ausência de ruídos.
Espessuras de cortes muito finas tendem a gerar mais ruídos quando comparadas às espessuras mais largas, ou seja, apresentam uma resolução inferior.
ARTEFATOS DE IMAGEM EM TC
 Efeito de volume parcial: quando 2 densidades diferentes ficam localizadas em um único voxel e a média das duas densidades é exibida na tela.
Endurecimento de feixe: processo de filtração de feixe policromático pela absorção de fótons de baixa energia resultando em aumento da energia efetiva.
São faixas ou listras brancas/pretas na imagem. Em áreas de grandes densidades como ombro, quadril aparecem com freqüência, assim como locais com acúmulo de contraste. Artefato metálico: causados por clipes cirúrgicos, parafusos, objetos metálicos diversos, próteses etc...também podem receber definição de endurecimento de feixe.
Objetos metálicos, tais como, projéteis de bala, implantes metálicos (obturações) entre outros, produzem um tipo de artefato linear conhecido como strike. A presença desses artefatos pode ser minimizada com o uso de feixe de alta energia (120/140kV), embora não possam ser evitados.
O ruído, que é um tipo de artefato nas imagens por TC, que se apresenta com um aspecto granuloso, ocorre principalmente em consequência da utilização de feixes de baixa energia ou quando o paciente é obeso. 
Artefato de movimento: voluntário ou involuntário. O movimento dos órgãos durante a varredura pode produzir falta de nitidez na imagem e podem ser corrigidos com o comando de apnéia.
Artefato de calibração: quando o sistema não está corretamente ajustado, ocorrem artefatos em forma de anéis ou raias na imagem.
Artefato em anel ou incoerência dos detectores: comum em aparelhos do sistema giratório combinado (helicoidal), existindo pequeno desnível nos detectores e causa artefatos em forma de anéis e cebola no centro da imagem. Como os detectores necessitam de calibração com o ar para reconhecimento dos demais tecidos, ocasionalmente pode ocorrer de perderem os valores de referência, o que ocasiona artefatos na imagem naforma de anéis. O primeiro procedimento neste caso, é efetuar a calibração nos detectores. A periodicidade desta calibração varia de aparelho para aparelho, porém, a maior parte dos aparelhos modernos admitem uma única calibração diária.