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Curso de Protección Radiológica en Tomografía Computarizada
Influencia de Parámetros Técnicos de
Adquisición y Reconstrucción en la Calidad de
Imagen y la Dosis
Producción de Imagen en TC
Componentes asociados
Paciente
Sistema de Imagen
Imagen
Adquisición de
datos
Resolución
Reconstrucción
de Imagen
Distorsión
Contraste
X
Ruido
Presentación
ESPESOR CORTE
Otros
Artecfactos
PARÁMETROS DE LA
TÉCNICA
mAs
Selección de la Técnica
MATRIZ
OPERADOR
Sala de interpretación
OBSERVADOR
Selección de Parámetros Técnicos
Parámetros de Adquisición
•
•
•
•
•
•
Potencial del Tubo: 80-140 kV
Corriente del Tubo: 20-500mA
Tiempo de Barrido: Tiempo para completar una rotación
Colimación/Espesor de corte: (0,5-10mm)
Filtración del Haz: Optimizada para exámenes de cabeza y cuerpo
Pitch: 0,5 y 2,0
Parámetros de Reconstrucción
• Field of View: 10-50 cm
• Matriz de Reconstrucción: 512x512 (en general)
• Parámetros de Reconstrucción (FBP)- Kernel de Convolución (tejido
blando (smooth), hueso (sharp)
• Reconstrucción iterativa (ASIR, MBIR,…)
• Ancho de la Interpolación – 180º - 360º
Selección de Parámetros Técnicos
Adquisición
Reconstrucción
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Potencial del Tubo
Corriente del Tubo
Tiempo de Barrido
Colimación/Espesor de corte
Filtración del Haz
Pitch
1.
2.
3.
4.
Field of View
Matriz de Reconstrucción
Filtros de Reconstrucción
Ancho de la Interpolación
Tipo de Reconstrucción
(FBP, ASIR, MBIR)
Calidad de Imagen
Ruido
Resolución Espacial
Resolución de contraste
Artefactos
Dosis
Ruido
Relacionado con los siguientes aspectos:
• Número de fotones detectados.
• Tamaño de la matriz (tamaño del píxel)
• Espesor de corte.
• Ruido electrónico - electrónica de los detectores.
• Radiaciones secundarias.
• Tamaño del objeto
• Algoritmo de reconstrucción.
La resolución de objetos de bajo contraste está limitada
por el ruido.
Ruido
Tamaño del Píxel
FOV
• Tamaño del píxel = —————————
matriz de la imagen
FOV: campo de visión ( en inglés field of view)
Matriz
FOV
Tamaño del pixel
Craneo
Abdomen
512 x 512
512 x 512
250 mm
420 mm
250/512~0,5 mm 420/512~0,8 mm
Ruido
Tamaño de la Matriz de Reconstrución
Matriz 64 x 64 pixeles
256 tonos de grises
Matriz 512 x 512 pixeles
256 tonos de grises
El tamaño de la matriz tiene influencia en el tamaño del píxel y,
en consecuencia, en el ruido y en la resolución espacial.
Aumento del Ruido con la Amplificación (Field of View)
Ruido
Efecto de la Interpolación
Ruido
Filtros de Reconstrución
Smooth
Sharp
Resolución Espacial.
En sentido general la resolución espacial describe el grado
de borrosidad o indefinición presente en una imagen.
Cuando la resolución espacial es pobre, entonces objetos
pequeños muy próximos aparecerán en la imagen como
uno solo.
Resolución Espacial.
Factores que afectan la resolución espacial en las
imágenes tomográficas:
• Tamaño del punto focal
• Apertura del detector
Si
entonces
la Resolución espacial
Si
entonces
la Resolución espacial
• Espesor del corte
• Frecuencia de muestreo
• Angulo de adquisición
• Filtro de convolucion
Filtro Sharp: mejor resolución espacial
• Interpolador de la espiral
Angulos mayores a 360º mejoran RE
• Posición del paciente
Más RE hacia el isocentro.
Resolución de Contraste
Resolución de Contraste.
Describe la habilidad que tiene el sistema de tomografía
computarizada para discriminar pequeños cambios de densidad.
Este cambio de densidad es aplicable a:
•Objetos pequeños (típicamente de 2 a 3 mm) cuya densidad varía
ligeramente con respecto a la densidad del ambiente o
background en el cual se localizan.
•Diferencia de densidad entre dos objetos.
Resolución de Contraste
Factores que afectan la resolución de contraste en las
imágenes tomográficas:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Salida del tubo de rayos X
Espesor del corte
Filtrado del haz de rayos X
Dimensiones del paciente
Apertura de los detectores
Frecuencia de muestreo
Velocidad de rotación
Angulo de adquisición
Filtro de convolucion
Ruido del sistema
Sensibilidad
Tiempo de Adquisición
La resolución de contraste y la resolución espacial en las imágenes
tomográficas, se ven afectadas por el tiempo de adquisición.
Incrementando la velocidad de rotación, se reduce la cantidad de
tiempo requerido para realizar un corte, pero también disminuye la
cantidad de radiación que llega a los detectores.
•
Angulo de adquisición
El ángulo de adquisición es el ángulo medido
desde el comienzo de la adquisición de la
información correspondiente al Slice (Start-offield) hasta que concluye la adquisición (End-offield).
Reduciendo el ángulo de adquisición, también
se reduce el tiempo para realizar un corte;
además elimina la sobre-exploración, la cual se
emplea para reducir artefactos producidos por
movimiento. Debido a que los artefactos
reducen tanto a la resolución espacial como la
resolución de contraste, entonces ambas
resoluciones se reducirán disminuyendo el
ángulo de adquisición.
Tiempo de Adquisición
La resolución de contraste y la resolución espacial en las imágenes
tomográficas, se ven afectadas por el tiempo de adquisición.
Incrementando la velocidad de rotación, se reduce la cantidad de
tiempo requerido para realizar un corte, pero también disminuye la
cantidad de radiación que llega a los detectores.
El espesor del corte está definido por el
•
Angulo de adquisición
espesor del haz de rayos X en la dirección
del eje Z del paciente.
•
Espesor del corte
Espesores de corte más gruesos permiten
estudiar regiones más amplias con menor
cantidad
de
cortes.
Incrementando
el
espesor de corte disminuye el tiempo del
estudio.
Sin
embargo
esto
también
incrementa el artefacto de volumen parcial,
el cual reduce ambas resoluciones.
Tiempo de Adquisición
La resolución de contraste y la resolución espacial en las imágenes
tomográficas, se ven afectadas por el tiempo de adquisición.
Incrementando la velocidad de rotación, se reduce la cantidad de
tiempo requerido para realizar un corte, pero también disminuye la
cantidad de radiación que llega a los detectores.
A diferencia de los estudios
secuenciales, en los cuales se
requiere una demora entre cada corte
• Angulo de adquisición
para permitirle a la mesa moverse
• Espesor del corte
horizontalmente a la posición del
próximo plano de corte, los estudios
• Estudio Espiral o Helicoidal
helicoidales no tienen esa demora.
Los estudios helicoidales son mucho
más rápidos que los estudios
secuenciales. No hay pérdidas
significativas de resolución espacial
o de contraste.
Tiempo de Adquisición
La resolución de contraste y la resolución espacial en las imágenes
tomográficas, se ven afectadas por el tiempo de adquisición.
Incrementando la velocidad de rotación, se reduce la cantidad de
tiempo requerido para realizar un corte, pero también disminuye la
cantidad de radiación que llega a los detectores.
• Angulo de adquisición
• Espesor del corte
• Estudio Espiral o Helicoidal
Este grafico describe visualmente la
relación que existe entre la resolución
de contraste, tiempo de adquisición, y
resolución espacial. Siempre hay un
compromiso.
Cuando
se
ajusta
un
parámetro para hacer mejoras, uno o los
otros dos parámetros se degradarán.
Reconstrucción de la Imagen en CT
• Métodos Analíticos
- Retroproyección filtrada (FBP)
• Métodos Iterativos
- Iterativo algebraico ART (Algebraic
Reconstruction Tecnhnique)
- Iterativo estadístico
Retroproyección filtrada (FBP)
Reconstrucción de la imagen
El perfil de atenuación correspondiente a cada proyección, es
sumado en la matriz de reconstrucción en la misma dirección
(mismo ángulo) en que fue adquirido
Durante la adquisición
Durante la reconstrucción
Retroproyección filtrada (FBP)
• Las más usada, desde la introducción de la CT.
• Ignora propiedades geométricas del CT. Asume respuestas “perfectas” de
todos los componentes: Ej. Fuente ideal de rayos X puntual, detector ideal
puntual, voxels de imagen infinitamente pequeños. Todas estas
aproximaciones conllevan a una resolución espacial subóptima de las
imágenes reconstruidas.
• La imagen es particularmente sensible a los niveles de señal y ruido:
Señal: protocolo de adquisición
Ruido: fluctuaciones del flujo de rayos X, ruido electrónico del sistema de
adquisición, atenuación del paciente a los rayos X.
• Aunque todas estas fuentes de Ruido pueden caracterizarse, la FBP no
las toma en cuenta durante la reconstrucción.
Si
Nivel de radiación (nivel de señal)
Calidad de Imagen
Retroproyección
La ilustración muestra cuatro proyecciones de un pin ubicado en el
isocentro. Cada proyección es captada por nueve detectores activos.
Retroproyección
• Un modo cuantitativo de describir la retroproyección es
adicionando los valores de las sumas de rayos dentro de una matriz
bi-dimensional.
• Si se le asigna un nivel de gris a cada valor (negro=0, tonalidades
mas claras en la medida que se incrementa el valor) la imagen
producida será la misma que en la explicación anterior.
Retroproyección
En esta ilustración se muestran las cuatro proyecciones
resultantes, cada una formada por nueve sumas de rayos.
• Los cubos rojos representan el valor correspondiente a cero
atenuación mientras que los cubos más claros representan la
atenuación producida por el pin.
• Cada proyección es idéntica excepto el ángulo en que fue
obtenida.
Retroproyección
• Un modo cuantitativo de describir la retroproyección es
adicionando los valores de las sumas de rayos dentro de una matriz
bi-dimensional.
• Si se le asigna un nivel de gris a cada valor (negro=0, tonalidades
mas claras en la medida que se incrementa el valor) la imagen
producida será la misma que en la explicación anterior.
Retroproyección
• Un modo cuantitativo de describir la retroproyección es
adicionando los valores de las sumas de rayos dentro de una matriz
bi-dimensional.
• Si se le asigna un nivel de gris a cada valor (negro=0, tonalidades
mas claras en la medida que se incrementa el valor) la imagen
producida será la misma que en la explicación anterior.
Retroproyección
• Un modo cuantitativo de describir la retroproyección es
adicionando los valores de las sumas de rayos dentro de una matriz
bi-dimensional.
• Si se le asigna un nivel de gris a cada valor (negro=0, tonalidades
mas claras en la medida que se incrementa el valor) la imagen
producida será la misma que en la explicación anterior.
Retroproyección
• La imagen obtenida por la retroproyección produce sombras grises
que se extienden desde el centro del pin de forma similar a las puntas
de una estrella.
• Da como resultado una imagen borrosa debido a que cada objeto
influye en toda la imagen en su conjunto .
• Este tipo de artefacto de estrella es producido por la retroproyección
y no es posible corregirlo procesando un mayor número de
proyecciones.
Convolución
• Para eliminar los inconvenientes
de la retroproyección simple, se
filtra
matemáticamente
cada
perfil de atenuación con un filtro
(también conocido como Kernel).
A
este
procedimiento
matemático se le conoce como
convolución.
• La
retroproyección
de
los
perfiles
convolucionados,
también
conocida
como
Retroproyección filtrada, reduce
considerablemente el artefacto
de estrella provocado por la
retroproyección simple.
Convolución
•
•
•
•
Los
pasos
de
la
retroproyección filtrada son los
siguientes:
Adquisición de todos los
perfiles
Cálculo del logaritmo de los
datos obtenidos
Los resultados del logaritmo
son multiplicados por el filtro
digital
(convolución)
para
generar el set de perfiles
filtrados.
Los perfiles filtrados son
retroproyectados.
Como resultado se obtiene una imagen virtualmente libre de artefactos.
Convolución
Diferentes filtros pueden ser aplicados de acuerdo al propósito del
diagnóstico:
• Filtros suaves para ver tejidos blandos
• Filtros paso altos (corte abrupto) para ver imágenes de alta resolución
Imágenes reales
La desventaja de la retroproyección simple es que da como
resultado una imagen borrosa debido a que cada objeto
influye en toda la imagen en su conjunto .
Con convolución
Sin convolución
Métodos Iterativos (IR)
Nuevos algoritmos iterativos de reconstrucción que buscan
reconstruir imágenes de CT de alta calidad a partir de datos
obtenidos con niveles de radiación mucho menores.
Diferentes desarrollos para todos los fabricantes de CT:
GE:
Adaptive Statistical Iterative Reconstruction (ASIR)
Model Based Iterative Reconstruction (MBIR)
Siemens: Iterative Reconstruction in Image Space (IRIS)
Toshiba: Adaptive Iterative Dose Reduction (IARD)
Philips: iDose
Métodos Iterativos
Generan las proyecciones modelando el proceso
de adquisición de los datos de un CT.
Incorpora detalles de la información geométrica del scanner (Tamaño
de cada elemento detector, dimensión del punto focal, forma y
tamaño de cada voxel de imagen) e información estadística del
sistema (estadística de los fotones y ruido electrónico en el sistema
de adquisición)
Se parte de una imagen FBP y la imagen final es
reconstruida a partir de la actualización de los
voxeles de imagen de manera iterativa.
Métodos Iterativos
ASIR
Se basa en modelar los orígenes del
ruido del objeto estudiado
(estadística de fotones, ruido
intrínseco).
MBIR (GE-VEO)
Modela tanto el sistema estadístico,
como óptico. Es capaz de reducir el
ruido y mejorar la resolución espacial
a la vez.
Reducción dosis: 32–65%
ASIR > rapidez que MBIR
Según fabricantes, con IRIS, IARD e iDose se
pueden esperar reducciones de dosis entre 30-60%.
ASIR
Supongamos matriz 2x2. El objeto compuesto de 4 atenuaciones distintas (2, 4,
6 y 8), es proyectado en 3 ángulos diferentes = 0º, 45 º y 90 º, obteniendo cinco
valores (cuadros blancos). Para la reconstrucción, sólo se cuenta con las
proyecciones, que indican que hay un total de ’20 HU’ (2+4+6+8) para distribuir
en 4 píxeles. Se empieza por asumir que la distribución es homogénea (5 HU
por píxel). Cuando se compara con las proyecciones en las filas, se observa
que sobran 4 HU en la primera fila y faltan 4 HU en la segunda. De nuevo, se
asume que las filas se distribuyen uniformemente (iteración 1). Para este
momento, se observa que los valores de las filas ya satisfacen los valores de
las proyecciones que se miden en las filas (6 HU y 14 HU); se repite el proceso
por las columnas.
MBIR (VEO)
FBP-ASIR-MBIR
Imágenes extraídas de una presentación de GE
FBP-MBIR
Imágenes extraídas de una presentación de GE
Selección de Parametros Técnicos
Dosis
1. Producto Corriente x Tiempo (mAs):
• Tendencia al aumento del mAs por parte de los fabricantes en
aras de mejorar la calidad de imagen
• Opción de modulación de la intensidad: variación de la
corriente automáticamente en función del espesor del
paciente.
2. Tensión del tubo (kV):
• Aumento de la dosis con el aumento del kV, además de su
influencia en la calidad de la imagen (contraste)
3. Pitch:
• Cambiar el pitch 1 a 1.5, permite reducir la dosis hasta un 33%,
sin pérdida significativa de información diagnóstica.
4. Adquisición Axial/Helicoidal:
• La adquisición helicoidal permite reducir la dosis (pitch≥1)
comparada con la Axial con una resolución espacial
equivalente.
GRACIAS
Ing. Ileana Fleitas Estévez, MSc.
Organización Panamericana de la Salud
Email: [email protected]