Principios físicos de imágenes diagnósticas - … · Principios físicos de imágenes...
-
Upload
phungkhuong -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of Principios físicos de imágenes diagnósticas - … · Principios físicos de imágenes...
Principios físicos de imágenes
diagnósticas
23/03/2012 1
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
2
Contenido•R-X: Rayos-X
•TAC: Tomografía Axial Computerizada
•PET: Positron Electron Tomography
•US: UltraSonidos
•IRM: Imágenes por Resonancia Magnética
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
3
Contenido•R-X: Rayos-X
•TAC: Tomografía Axial Computerizada
•PET: Positron Electron Tomography
•US: UltraSonidos
•IRM: Imágenes por Resonancia Magnética
Ionizante
No ionizante
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
4
Rayos x
¿Qué son?
Fuente: [1]
Hand mit Ringen
22/Dic/1895
cE h h
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
5
Rayos x
¿de dónde salen?
En uso médico se necesita:
• Muchos en poco tiempo
• De forma controlada y reproducible
• No afectar al paciente
• Fisión (Fusión)
• Decaimiento radiactivo
• Aceleradores de partículas => Tubos de rayos x
Generador de
rayos X
Filtro
Diafragma
Haz de rayos X
Rejilla
Película fotográficaPaciente
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
6
Rayos x
Fuente: [1],[2]
Coolidge (1913):
Calentar el cátodo,
Pero también calienta el ánodo
2500CT C 1000AT C
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
7
Claves:2
2e a
mvE q U
Rectificador de
onda completa
Rayos x
6
2
22
2
22
0
1
1
6c
vca
c
qP
av
6
2
222
22
0
1
1
6
c
vc
aqP
Radiación de frenado
Fuente: [1],[2]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
8
Rayos xEspectros de emisión
• Generados por radiación de frenado
• Por lo general no hay gran dependencia entre la energía de los electrones y la
de los rayos x
• Los rayos x se producen a cierta profundidad del ánodo; interacciones internas
del ánodo.
Rayos x atraviesan varios medios antes de llegar al paciente; filtros (medido en
grosor de Al).
Fuente: [2]
Con diferentes filtros de desplaza el máximo de la
energía
Filtrado de 1, 2 o 3 mm de Al sobre Tugsteno (W)
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
9
Rayos x
Emisión desde las capas más bajas del ánodo.
Capas “externas” : radiación x débil, UV y visible
Capas “internas” : rayos x
K
L
M
picopico
pico
pico
kVkV
hc
nm
kV
hco
h
kV
h
EhE
24.1min
minmax
maxmaxmax
Fuente: [1],[2]
Diferentes potencias
Intensidad de 50, 100 y 150 mA
(ánodo de W)
VIP
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
10
Rayos x
La radiografía: Emulsión simple (o doble) sobre una base.
•Capa protectora (T coat)
•Emulsión de gránulos de plata sobre una matriz gelatinosa
•Base de resina de poliéster o acetato de celulosa.
La radiación libera electrones que atrapa el Ag+
Se concentra en centros de imperfecciones (imagen latente)
Se agregan más Ag, se en la imagen latente
y se protegen…
Fuente: [3]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
11
Rayos x
Fuente: [3]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
12
Rayos x
La radiografía digitalizada
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
13
Rayos x
¿Cuánta “luz” se queda en la película? Medida de sensibilidad,
respuesta fotográfica de la película
Transmitancia: cantidad de rayos x que atraviesan la muestra
(factor de ) Absorción (o absortancia): cantidad de rayos x que
absorbe la muestra
Densidad óptica (absorbancia): grado de obscuridad
Suele ser
absorbtransmit
transmittransmit
II
I
I
IT
0
absorbtransmit
absorbabsorb
II
I
I
IA
0
transmit
absorbtransmit
transmit I
II
I
I
TDo loglog
1log 0
%1...%502...2.0 TDo 0I
transmitI
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
14
Rayos x
Problema: fotones retrodispersados, desviados o formados.
Solución: filtrar los que no vengan de la fuente.
Método: rejillas, paralelas (foc>obj) o enfocada (foc<obj)
Razón de la rejilla
Frecuencia de la rejilla
¿y si el foco es menor que el objeto?
D
h
Dd
1
D
d
h
Desviado no pasa Desviado sí pasa
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
15
Rayos x
Problema: fotones retrodispersados, desviados o formados.
Solución: filtrar los que no vengan de la fuente.
Método: rejillas, paralelas (foc>obj) o enfocada (foc<obj)
Fuente: [2]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
16
Contenido•R-X: Rayos-X
•TAC: Tomografía Axial Computerizada
•PET: Positron Electron Tomography
•US: UltraSonidos
•IRM: Imágenes por Resonancia Magnética
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
17
CT
Rayos x: proyección de una imagen por absorción de tejidos
Si buscamos 3D proyectamos el mismo plano desde diferentes ángulos
Mucha información difícil de procesar: uso de computadores.
Mucha información por plano: tomo grafía.
Tomografía computarizada: CT (cumputer tompgraphy)
Tomografía axial computarizada: TAC
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
18
CT
Fuente: [2]
Evolucionando:
(a) 1ª generación: combina
traslación y rotación de emisor
y detector
(b) 2ª generación: como 1ª con
más detectores
(c) 3ª generación: solo rotación
(d) 4ª generación: solo rota el
emisor
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
19
Y sigue evolucionando: espiral o helicoidal
A: lectura plano por plano y se mueve el paciente
B: Lectura plano con vance
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
20
CT
Principios: el mismo que rayos x, absorción.
coeficiente de atenuación
espesor del medio
En general
Cada medida hecha por porción de giro:
xeII 0
x
332211
00
xxxxeIeII ii
332211
0
3
332211
0
2
332211
0
1
log
log
log
xxxI
I
xxxI
I
xxxI
I
Fuente: [1]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
21
CT
Algoritmos de reconstrucción:
•Proyección simple (Simple backprojection):
Asume atenuación constante en cada pixel.
Forma la imagen tras medir
Sistema lento
Zonas borrosas inehrentes
Offset N2Normaliz.
Fuente: [1]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
22
CT
Algoritmos de reconstrucción:
•Proyección filtrada o convolución (Filtered backprojection):
Realza cambio de densidad
Filtro de convolución
Filtro de tejido
blando
Filtro de hueso
Fuente: [1]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
23
CT
Algoritmos de reconstrucción:
•Transformada de Fourier
Relaciona una imagen 2D con
datos 1D
Fourier slice theorem
Espacial: integral del haz
Frecuencia: FT de la función
integral
Inversa de la FT de la matriz de
dominio espectral
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
24
CT
¿qué significan los grados de oscuridad o brillo?
Valores arbitrarios de atenuación
Suelen ir de -1000 a 1000 con 0 como referencia del agua
Tejidos de interés tienen densidad parecida
Diferentes ventanas de “intensidad ”
realzan diferentes partes
Atenuación de diferentes tejidos en 1/cm
OH
OHCTCT2
2max
Fuente: [2]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
25
Contenido•R-X: Rayos-X
•TAC: Tomografía Axial Computerizada
•PET: Positron Electron Tomography
•US: UltraSonidos
•IRM: Imágenes por Resonancia Magnética
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
26
Radionuclidos en imágenes
Radiographer September 2011; 58 (7):38
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
27
Radionuclidos en radipoterapia
Radiographer September 2011; 58 (9):53
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
28
PET
PET: Positron Emission Tomography
Posicionamiento del metabolismo celular
Radiofármaco con radiación
Imágenes usando compuestos biológicamente activos, sustratos, ligandos o
fármacos marcados.
Generadores de hechos en un ciclotrón
Detectores del PET (pocos en mucho tiempo) ≠ al CT (muchos en poco tiempo)
Simultaneidad de detección.
No utiliza colimador ≠ al SPECT
Resolución (Full Width at Half Maximum)
2
tcx
Línea de respuesta
Fuente: [6]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
29
PET
Reacción nuclear:
Posición:
suma de detecciones en el fotomultiplicador i
enp
eYX A
Z
A
Z 1
i
i
i
ii
i
i
i
ii
S
Sy
yS
Sx
x ,
iS
Fuente: [6]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
30
i
i
i
ii
i
i
i
ii
S
Sy
yS
Sx
x ,
Fuente: [7]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
31
PET
Se funden las imágenes
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
32
Radiación proveniente de un radiofármaco
Emisión isotrópica
Para definir trayectorias se usan colimadores (pérdidas del 95%)
Gammacámara
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
33
Gammacámara
Fuente: [7]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
34
Gammacámara multifucnional: los cabezales giran independientemente para tener
una imagen planar o SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography )
Fuente: [7]
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
35
Contenido•R-X: Rayos-X
•TAC: Tomografía Axial Computerizada
•PET: Positron Electron Tomography
•US: UltraSonidos
•IRM: Imágenes por Resonancia Magnética
Siguiente
sesión
23/03/2012
Luis Agulles Pedrós – Física de las imágenes diagnosticas
36
Bibliografía
[1] Wikipedia
[2] “MEDICAL IMAGING PHYSICS” Hendeen
[3] “Physical Principles of Medical Imaging” Sprawls
[4] “The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing”Steven W. Smith
[5] “La Tomografía de emisión de positrones (PET) y la PET-TAC. Dos apuestas
seguras para un futuro próximo” Isabel Hervás Benito, José Francisco Martí Vidal
[6] “Fundamentals of Medical Imaging” Paul Suetens
[7] “An introduction to the principles of medical imaging” Chris Guy, Dominic Ffytche