La estructura interna de un objeto se puede reconstruir, a partir de multiples proyecciones de objeto






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fecha de publicación27.12.2015
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TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTADA (TAC) Electroradiología y física

El tomógrafo computado (TC) es un equipo destinado al diagnóstico por imágenes, que tiene la enorme virtud de obtener imágenes de secciones transversales al eje del cuerpo humano con gran definición y detalle de las distintas estructuras anatómicas presentes en dichas secciones; estas imágenes denominadas tomografías axiales, permiten al médico especialista realizar un diagnóstico preciso y rápido de las distintas patologías que presentan los pacientes.

El principio de funcionamiento de un tomógrafo computado se basa en la medición de la absorción de los rayos X, por las distintas estructuras anatómicas presentes en la sección explorada. Y en el hecho que la estructura interna de un objeto se puede reconstruir, a partir de multiples proyecciones de objeto.



Equipo de tomografía axial computada

Las proyecciones (mediciones) de los rayos se obtienen escaneando (explorando) , una sección transversal del cuerpo, con un haz de rayos X muy fino y midiendo la radiación transmitida con un detector sensible a dicha radiación. El detector mida la energía de los fotones transmitidos y genera un valor numérico proporcional a ésta. Los datos numéricos se envían a una computadora, donde se procesan y a partir de ellos se reconstruye la imagen.

La imagen obtenida es un corte que es visualizado sobre un monitor o film. Cada porción elemental de la imagen tiene asociado un tono de gris que representa un coeficiente de absorción.

Los TC, presentan con los equipos de rayos X convencionales, ciertas similitudes y diferencias que conviene destacar:

Similitud:

Utilización de radiación ionizante (rayos X) que incide en el objeto en estudio y es en parte absorbida por el mismo, de modo que la radiación que logra atravesarlo contiene información latente que luego será convertida en imagen de distintas maneras.

Diferencias:

  1. Equipos convencionales de rayos X: el haz de rayos X, luego de atravesar al paciente incide en una película sensible a la radiación y provoca una reacción química en la misma, que luego de ser sometida a un proceso de revelado, da una imagen plana del objeto irradiado.

El TC los rayos X atraviesan al paciente, inciden en un sistema de detectores que, luego de ser digitalizados y procesados, serán tomados por la computadora para realizar el proceso de reconstrucción que dará, como resultado final, una imagen que será visualizada en un monitor de TV.

  1. La gran desventaja que presenta la radiología convencional, es la incapacidad de discernir entre estructuras que se encuentran en planos distintos.

  2. A diferencia de las imágenes convencionales con rayos X, la TC permite distinguir como entidades diferentes a tejidos blandos, tales como:

  • Coágulo sanguíneo,

  • Materia gris

  • Materia blanca

  • Fluido cerebroespinal

  • Tumores

  • Edema cerebral.

DESCRIPCIÓN BASICA DE UN TC



En la figura se puede apreciar un tomógrafo computado.

En el GANTRY se halla el tubo de rayos X , detectores y conjunto mecánicos necesarios para realizar los movimientos asociados con la exploración.

Con el nombre genérico de computadora se refiera a la unidad de almacenamiento, procesamiento y control.

La consola es el módulo donde se encuentra el teclado, monitor de TV, etc, o sea, la interfaz con el usuario.

Lay-out del sistema

En el Lay-out o distribución física típica de un equipo de tomografía, se pueden distinguir tre salas:

  1. Sala de scan: donde se encuentra el gantry, la camilla, el gabinete de control mecánico y el transformador de alta tensión.

  2. Sala de operación: consola

  3. Sala de máquinas: transformador del sistema, computadora, control de Rayos X, y el gabinete para el arranque del ánodo del tubo.

Diferente s generaciones de equipos de TAC

Se denomina generaciones de TC a los distintos sistemas de exploración, utilizados desde los orígenes de la tomografía hasta nuestros días.

De acuerdo a los sistemas de exploración (conjunto constituido básicamente por un tubo de Rx y los detectores), podemos agrupar a las distintas generaciones de tomógrafos en:

  • Primera generación- traslación/rotación

  • Segunda generación - translación/rotación

  • Tercera generación – rotación/ rotación

  • Cuarta generación - translación/estacionario

El factor predominante en la introducción de diversas tecnologías fue la búsqueda de reducción de tiempo de estudio.

Primera generación:

El primer equipo desarrollado por la compañía EMI, fue creado específicamente para estudios cerebrales. Una estructura rígida mantenía la posición relativa del tubo de rayos X y detectores, que en este caso eran dos superpuestos, para asegurar una perfecta alineación entre el tubo y detectores.

  • El haz de rayos X es colimado de tal forma de obtener un haz estrecho y en el otro extremo del tubo se ubican los detectores.

  • Movimientos del gantry: lineal y rotacional. El conjunto tubo detector realiza un movimiento de traslación, luego un giro de 1° para realizar una nueva traslación y así sucesivamente hasta completar un giro de 180°.

  • Haz de rayos X: activo en el movimiento lineal e inactivo en el movimiento rotacional.

  • Tiempo de scan (para cada corte) era de 4.5 a 5 minutos, tiempo total del estudio 25 minutos aproximadamente.

  • Baja resolución

  • Bajo aprovechamiento de la radiación.



Primera generación.

Segunda generación:

El principal objetivo de los scanner de segunda generación y de las configuraciones posteriores, fue disminuir el tiempo de exploración (scanning) para cada sección tomográfica.

  • Para disminuir el tiempo de exploración para cada sección tomográfica se usa un haz de Rx en forma de abanico (ángulo de apertura de 5°) y más detectores.

  • El número de detectores varía, depende del fabricante, normalmente entre 10 y 30, dispuestos en un arreglo lineal.

  • Los movimientos del gantry son lineales y rotacionales, pero los pasos rotacionales son mayores (30°, esto significa 6 rotaciones para cubrir los 180°)

  • Tiempo de scan, aproximadamente 2 minutos.



Segunda generación.

Tercera generación:

Se elimina el movimiento de traslación, sólo existe el movimiento de rotación.

El haz de rayos x (forma de abanico con ángulo de apertura de 25° a 35°) y detectores (300 a 700 ubicados en un arreglo en forma de arco), rotan alrededor del paciente.

Tubo y detectores realizan un movimiento de 360°

Los detectores pueden ser del tipo de gas de xenón o bien cristal de centelleo.

Eran los primeros equipos rotación-rotación la emisión desde el tubo de rayos X era pulsada. En otros tubos emitía continuamente.

El tiempo de scan se puede reducir hasta 2 ó 3 segundos.

Mejor aprovechamiento de la radiación producida por el tubo.



Tercera generación.

Cuarta generación:



Esquema equipo cuarta generación.

En la figura se muestra la configuración de un scanner de esta generación.

Los detectores forman un aro que rodea completamente al paciente, estos no tiene movimiento. El tubo de rayos X rota en un círculo interior al aro de detectores, y el haz de rayos X es colimado en forma de abanico.

Un abanico de detectores siempre es afectado por el haz de rayos X, y el número completo de éstos es de 2000

Cuando el tubo de rayos esta en un ángulo preestablecido, los detectores expuestos a la radiación son leídos.

La emisión continua de rayos X es usada generalmente, ya que la unidad de lectura es menos compleja para leer los detectores mil o más veces por segundo que lograr que el tubo de rayos X haga una emisión pulsada de mil veces en un segundo.

El tubo puede girar a alta velocidad disminuyendo el tiempo scan.

La construcción del gantry resulta más costosa debido al número de detectores.

Los tomógrafos de tercera y cuarta generación dan excelentes resultados sin distinguirse claramente las ventajas de unos sobre el otro.

La ventaja de un haz en forma de abanico con múltiples detectores es su velocidad lo que hace que disminuya el tiempo de exploración.

Una de las principales desventajas de estos equipos es el incremento en la cantidad de radiación dispersa.

Un abanico de detectores siempre es afectado por el haz de rayos x y el número completo de estaos es 2000. Cuando el tubo de rayos X esta en un ángulo preestablecido, los detectores expuestos a la radiación son leídos. Por ejemplo, una frecuencia de paso angular de un tercio de grados producirá 1080 proyecciones en una rotación de 360°. Las proyecciones se registran en muchos ángulos durante la rotación del tubo de rayos X, con un número de proyecciones que supera las 1000. Así, un scan va a estar formado por muchas proyecciones donde cada una estará tomada a un ángulo diferente. La emisión continua de rayos x es usada generalmente, ya que la unidad de lectura es menos compleja para leer los detectores mil o más veces por segundo que lograr que el tubo de rayos X haga una emisión pulsada de mil veces en un segundo.

Los tomógrafos de tercera y cuarta generación dan excelentes resultados sin distinguirse claramente las ventajas de uno sobre el otro. La ventaja de un haz en forma de abanico con múltiples detectores es su velocidad. Obviamente, múltiples detectores pueden registrar datos mucho más rápido que un simple detector. Una principal desventaja de estos equipos es el incremento en la cantidad de radiación dispersa.



Esquema del funcionamiento del scanner de cuarta generación.

DETECCION DE LOS RAYOS X

El sistema de detección de los rayos X está constituido por dos unidades:

  • Los detectores

  • La unidad de adquisición de datos.

Los detectores son los elementos encargados de transformar la radiación recibida en una señal eléctrica, capaz de ser procesada y digitalizada convenientemente para su posterior utilización en el proceso de reconstrucción.

La unidad de adquisición de datos es el sistema encargado de procesar y digitalizar las señales recibidas de los detectores para luego enviarlas a la computadora.

Existen dos tipos de detectores usados en equipos TAC. Estos son:

  • Cristal de centelleo.

  • Cámara de ionización de gas xenón.

Detectores por cristal de centelleo:

La combinación de un cristal de centelleo y un detector de luz, es llamado un detector de centelleo.

Los cristales de centelleo son materiales que producen luz como resultado de alguna influencia externa. Más precisamente, estos materiales son aquellos que van a producir luz cuando la radiación ionizante reacciona con ellos.

Una simple interacción de un fotón de rayos X con un cristal, hará que la energía de este fotón sea convertida en un fotón de luz, con un número de fotones de luz proporcional a la energía del fotón de rayos X incidente. Finalmente estos fotones de luz actuaran sobre un fotomultiplicador para convertirlos en señal eléctrica.

Los fotomultiplicadores han sido reemplazados con fotodiodos de estado sólido, estos son los encargados de transformar los fotones de luz en corriente eléctrica proporcional a la intensidad del haz de fotones. Estos fotodiodos son más económicos y de menor tamaño que los fotomultiplicadores.

Los cristales normalmente son una combinación de iodo y cesio. Su potencia de frenamiento para la radiación X es de 100%, de manera que no producen reflexión o rebote de los rayos que inciden sobre él.

Todos los tomógrafos de tercera generación y algunos de cuarta generación usan detectores por cristal de centelleo. En los equipos de cuarta generación, el alineamiento entre tubo y detectores cambia continuamente debido a que por su geometría, los detectores deben ser alineados con el centro de rotación y no con el tubo de rayos X. De esta manera, cuando el tubo de rayos X rota, el ángulo desde el tubo de rayos X a la superficie activa del detector va cambiando conforme al movimiento del tubo.

Debido a lo anterior, donde el ángulo de incidencia puede cambiar, detectores de alta potencia de frenamiento se deben usar para prevenir el cruzamiento de detectores. El cruzamiento de detectores ocurre cuando un fotón incide sobre un detector, es parcialmente absorbido, y luego entra al detector adyacente. Esto produce que dos señales lleguen de diferentes detectores cuando debería ser solo una desde un detector. A su vez el cruzamiento genera disminución en la resolución. Dicho cruzamiento es disminuido con cristales altamente eficientes en la absorción de rayos X.

Detectores por cámara de ionización de gas xenón:

Este tipo de detectores son utilizados por equipos de tercera generación.

Estos detectores poseen:

  1. Un ánodo y un cátodo.

  2. Un gas inerte

  3. Una diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo

  4. Una carcasa del detector

  5. Una ventana por donde ingresan los fotones del detector.

Supongamos que un fotón ingresa al detector, el fotón interactúa con un átomo del gas, ionizando a este. El voltaje entre ánodo y cátodo hará que el electrón se mueva hacia el ánodo, y el ion positivo hacia al cátodo. Cuando los electrones alcanzan el ánodo, producen una pequeña corriente que circula por el ánodo. Esta corriente es la señal de salida del detector.

Cuando se aplica un bajo voltaje entre ánodo y cátodo, la corriente que produce como señal de salida del detector, es directamente proporcional a la intensidad de la radiación ionizante.

La principal desventaja de estos detectores es su ineficiencia. Debido a la relativa baja densidad de los gases comparados con los sólidos, algunos fotones de rayos X podrían pasar a través del gas sin ser detectados. Este inconveniente es parcialmente salvado de la siguiente manera: (1) usando como gas xenón, el gas inerte de mayor número atómico; (2) comprimiendo este gas a un valor de 8 a 10 atmosferas para incrementar su densidad; (3) utilizando detectores de una longitud de 8 a 10 cm de profundidad para incrementar el número de átomos a lo largo del camino del haz incidente.

El material de estos detectores es el cobre para el ánodo y tantalio para las placas del cátodo. Los 10 cm de las placas que forman la pared del detector, hacen que actúen como colimadores a la radiación oblicua que incide en el detector, ya que como se mencionó anteriormente, el ángulo de incidencia de la radiación sobre el detector cambia continuamente.

La selección del tipo de detector es determinada exclusivamente por el fabricante y como observando la imagen no se puede llegar a distinguir qué clase de detector utiliza el sistema, esto es relativamente de poca importancia en la evaluación de los TAC para uso clínico.

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