artefactos en tem

7/25/2019 Artefactos en TEM

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Lic. Augusto Melndez Mendoza

E.A.P. TM UAP.

ARTEFACTOS EN TC

Docente: Lic. Augusto Melndez Mendoza EAP.TM.UAP

ARTEFACTOS EN TC

Para optimizar la calidad de imagen, es necesario entendercomo se generan los artefactos, como evitarlos o comoeliminarlos.

Del latin artis (artificial) y actum (efecto), un artefacto puedeser definido como un efecto artificial que altera la calidad y lafidelidad de una imagen.


As tenemos:

I. Artefactos por razones fsicas, resultan de losprocesos fsicos implicados en la adquisicin dedatos.

II. Artefactos por movimiento del paciente o porpresencia de materiales metlicos.

III. Artefactos por imperfecciones del escner, comodesalineamientodel detector.

IV. Artefactos debido al proceso de reconstruccinde imgenes .


Las caractersticas de diseo incorporadas aequipos modernos minimizan algunos tiposde artefactos, y el software puede corregirla otra parte parcialmente. Sin embargo enmuchas instancias, la posicin cuidadosadel paciente y la seleccin ptima de losparmetros de exploracin son los factoresms importantes al evitar artefactos en CT.



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En CT el termino artefacto se aplica a cualquier discrepanciasistemtica ente los nmeros CT de la imagen reconstruida y elverdadero coeficiente de atenuacin del objeto.

Las imgenes de CT son intrnsecamente ms propensas aartefactos que las radiografas convencionales porque sereconstruye la imagen desde aproximadamente un milln demedidas de detectores independientes, los algoritmos dereconstruccin asumen que todas esas medidas sonconsistentes, por lo que cualquier error de medida se reflejarcomo un error en la imagen reconstruida.


Tipos:

Radiado (streaking): debido a una inconsistencia en unasola medicin.

Sombreado: grupo de canales o vistas desviadasgradualmente de sus medidas reales.

Anillos: errores en la calibracin de un detectorindividual.

Distorsin: Debido a la reconstruccin de la imagenhelicoidal.


Entonces describimoslos diferentes tipos deartefacto en cada uno

de estas categoras conrespecto a :

(a) Los mecanismos que lasgeneran

(b) Los mtodos empleadospor fabricantes de equipos deCT para suprimirlos.

(c) Tcnicas para evitar elartefacto y que estndisponibles para el tecnlogo.


a. ARTEFACTOS POR RAZONES FISICAS:

I . ENDURECIMIENTO DEL HAZ o BEAM HARDENING :

Existen dos factores que intervienen en el origen delendurecimiento de haz: La dependencia del coeficiente de atenuacin con la energa

y la policromaticidad de la fuente de rayos X.



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Se denomina endurecimiento de haz, en ingls, beam hardening, al procesopor el cual la energa media del haz de rayos X aumenta al atravesar unmaterial (el haz se endurece)debido a que los fotones de menos energason preferentemente absorbidos.

Debido a este efecto, rayos X atravesando diferentes caminos a travs de unobjeto, emergern con espectros diferentes, dando lugar a medidasinconsistentes que resultan en artefactos de reconstruccin.

Docente: Lic. Augusto Melndez Mendoza EAP.TM.UAP Docente: Lic. Augusto Melndez Mendoza EAP.TM.UAP

Dos tipos de artefacto puedenresultar de este efecto:

Cupping en objetos homogneos,

y lneas y bandas oscuras entreobjetos densos en volmenesheterogneos.


1.1. Artefacto de cupping:

Los rayos de X que atraviesan la porcin media de unfantoma cilndrico uniforme son ms atenuados queaquellos que pasan a los extremos o bordes del objeto.

En consecuencia solo quedaran los Rx. mas penetrantesy el haz se volver ms duro, la velocidad a la que seatenan disminuye de modo que el haz sea ms intenso

cuando alcance los detectores de lo que se esperara sino hubiese sido endurecido.

Por lo tanto la atenuacin consiguiente difiere de la idealal no ser uniforme.



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1.2. Rayos y bandas oscuras:

En cortes transversales deestructuras muy heterogneas,bandas oscuras o rayas puedenaparecer entre dos objetos dediferente densidad, en unaimagen por el endurecimientodistinto cuando el haz pasa frentea un objeto o a travs de los 2

objetos. Ej.: regiones seas o eluso de contraste.



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Caractersticas integradas en los equipos de CT para minimizar el artefactopor endurecimiento del haz.

Los fabricantes de equipos han minimizado estos artefactos con el uso deFiltracin , Correccin por medio de la calibracin y un software decorreccin del artefacto por endurecimiento del haz.

a) Filtracin :

A travs de un material que p re en d u receel haz de Rx, filtrando loscomponentes de baja energa. Adicionalmente existe un Filtro llamadoBow tie cuya funcin es la de endurecer los bordes del haz que pasarapor las partes mas finas o delgadas del paciente.

b) Calibracin:

Los fabricantes calibran sus escneres utilizando fantomas en unagama de tamaos. Esto permite a los detectores ser calibrados yadaptados para los efectos de endurecimiento del haz , encompensacin a las diferentes densidades del paciente.


Puesto que la anatoma paciente nunca coincide exactamente con unfantoma de calibracin cilndrico, en la prctica clnica puede haber o no unartefacto residual que es tapado con un valor de CT superior debido alovercorrection.

c.) Beam hardening correction software: Un algoritmo iterativo de correccin puede ser aplicado cuando se

estn reconstruyendo imgenes de regiones de alta atenuacin comohuesos. Esto ayuda a minimizar incoherencia del interfaz de hueso ytejido blando en exploraciones de cerebro , y tambin reduce laaparicin de bandas oscuras en secciones transversalesinhomogneos.

El Smart Metal Artifact Reduction (MAR) por ejemplo en GE


Smart Metal Artifact Reduction (MAR)


Con

correccin

sea



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SOLO CON

CORRECCION DE

CALIBRACION

ADEMAS

CORRECCIO

N CON EL

METODO

ITERATIVO


Como evitar el artefacto por endurecimiento del Haz, quepuede hacer el Tecnlogo:Es a veces posible evitar explorar regiones densas, por medio de

posicin paciente o inclinando el Gantry. Es importante elegir laexploracin apropiada, el FOV adecuado y asegurarse que elescner utiliza los datos de correccin de endurecimiento decalibracin del haz correctos y en algunos sistemas, el filtroBowtie.

Aumentar la energa delos Rx. (KV).


b. VOLUMEN PARCIAL:

Se tiene un nmero representativo CT de la atenuacinpromedio de los materiales dentro de un voxel.

Cuando un objeto denso que se encuentra fuera del centrosobresale parcialmente del ancho del haz de rayos x.

Un objeto fuera del eje z, puede estar dentro del Haz, y porlo tanto "visto" por los detectores, cuando el tubo estapuntando desde izquierda a derecha, sin embargo tambin

puede estar fuera del haz, y por lo tanto no visto por losdetectores, cuando el tubo est apuntando de derecha aizquierda. Las inconsistencias entre las vistas hacen que losartefactos de sombreado aparezcan en la imagen .



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Los Artefactos volumen parcial se pueden evitar disminuyendo elgrosor de corte en la adquisicin.

Esto es necesario cuando se generan imgenes de cualquier partedel cuerpo donde la anatoma cambia en la direccin z.


c. ATENUACION COMPLETA DEL FOTN:

Puede ocurrir en las zonas altamente atenuantes tales comolos hombros .

cuando el haz de rayos X se desplaza horizontalmente, laatenuacin de los fotones es mayor, por lo tanto habr menorcantidad de Rx , insuficiente para formar la imagen y alcanzarlos detectores. El resultado son exposiciones muy ruidosas enestas angulaciones del tubo. El proceso de reconstruccintiene el efecto de aumentar en gran medida el ruido, dandocomo resultado rayas horizontales en la imagen.



Si la corriente del tubo se incrementa durante la duracin de laexploracin, se puede superar el problema, pero el paciente recibiruna dosis innecesaria cuando el haz pasa a travs de las partes menosatenuantes. Por lo tanto, los fabricantes han desarrollado tcnicas parareducir al mnimo este efecto:

Modulacinautomtica de la corrientedel tubo:

En algunos modelos de CT, la corriente del tubo est regulada automticamentedurante el curso de cada rotacin, en un proceso conocido como la modulacindel miliamperage. Esto le da los suficientes fotones a las zonas o estructuras masanchas del paciente, sin dosis innecesariaa las partes ms estrechas o delgadas.



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Filtracin adaptable:

Algunos fabricantes utilizan un tipo de filtracin adaptable para reducir elartefacto en rayos en las imgenes producidas por la atenuacin completadel fotn. Esta correccin de software suaviza el perfil de atenuacin enlas zonas de alta atenuacin antes de que se reconstruye la imagen.



4. MUESTRA INSUFICIENTE (UNDERSAMPLING):

El nmero de proyecciones utilizadas para reconstruir una imagenCT es uno de los factores determinantes en la calidad de la imagen.Un intervalo demasiado grande entre las proyecciones(submuestreo) puede dar lugar a errores de registro por elordenador en relacin con los bordes afilados y objetos pequeos.Esto conduce a un efecto conocido como view aliasing, dondeaparecen rayas finas que se irradian desde el borde de unaestructura densa. Estas rayas que aparecen cerca de la estructura

probablemente sea causada por submuestreo dentro de unaproyeccin, que se conoce como aliasing o rayos.



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El Aliasing puede no tener demasiado efecto sobre la calidad de unaimagen para un diagnstico, ya que las lneas uniformemente espaciadasnormalmente no imitan las estructuras anatmicas. Sin embargo, si afectadonde se requiere alta resolucin.

El aliasing se puede minimizar mediante la adquisicin del mayor nmeroposible de las proyecciones por rotacin. En algunos escneres, estopuede lograrse slo mediante el uso de una velocidad de rotacin mslenta, mientras que en otros el nmero de proyecciones es independientede la velocidad de rotacin.

El Aliasing Ray se puede reducir mediante el uso de tcnicas de altaresolucin especializados, tales como quarter-detector o flyin gfocal , quelos fabricantes emplean para aumentar el nmero de muestras dentro deuna proyeccin.


II. ARTEFACTOS POR MOVIMIENTO DEL PACIENTE O PORMATERIALES METALICOS.

1. Materiales metlicos:

La presencia de objetos metlicos en el campo de exploracin puedenproducir graves artefactos en rayas.

Estos se producen debido a la densidad del metal es ms alta que elpromedio normal, lo que resulta en perfiles de atenuacinincompletas.

Artefactos debido al endurecimiento del haz, volumen parcial, yaliasing , pueden agravar la calidad de imagen.


Como podemos evitarlo:

Retirar objetos. No removibles: angular el gantry, aumentar Kv y bajargrosor de corte.

Para elementos no extrables, tales como empastes dentales, prtesis, yclips quirrgicos, a veces es posible utilizar la angulacin para excluir losinsertos metlicos de las exploraciones cercanas a la anatoma. Cuando esimposible escanear la anatoma requerida sin excluir los objetos de metal, elaumento de la tcnica, especialmente kilovoltage, pueden ayudar apenetrar algunos objetos, y el uso de secciones delgadas reducir lacontribucin debida a artefacto volumen parcial.



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Correcciones de software para artefactos de metal:

Los artefactos metlicos se pueden reducir en gran medida pormedio de correcciones de software especiales. Los fabricantesutilizan una variedad de tcnicas de interpolacin para sustituir losvalores fuera de escala en los perfiles de atenuacin.

La utilidad de un software de reduccin de artefactos de metal es aveces limitado, ya que, a pesar de que se logra eliminar los rayosdistantes de los implantes de metal , todava existe una prdida dedetalle alrededor de la interfase metal-tejido, que a menudo es laprincipal rea de inters diagnstico.


2. Movimiento del paciente:

El Movimiento del paciente puede causar artefactos por registrodefectuoso, que por lo general aparecen como sombras o rayasen la imagen reconstruida. Se pueden tomar medidas para evitarel movimiento voluntario, pero algn movimiento involuntariopuede ser inevitable durante escaneo corporal. Sin embargo, haycaractersticas especiales en algunos escneres diseados paraminimizar los artefactos resultantes.



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Como evitar el movimiento.-El uso de un adecuado posicionamiento es suficiente para

evitar el movimiento voluntario en la mayora de lospacientes. Sin embargo, en algunos casos (por ejemplo,pacientes peditricos), puede ser necesario inmovilizar alpaciente por medio de la sedacin. Usando el menortiempo de exploracin de lo posible ayuda a minimizar losartefactos al escanear las regiones propensas almovimiento. Movimiento respiratorio puede serminimizado si los pacientes son capaces de aguantar larespiracin durante la duracin de la exploracin.


La sensibilidad de la imagen para los artefactos de movimientodepende de la orientacin del movimiento. Por lo tanto, espreferible que la posicin inicial y final del tubo est alineadocon la direccin principal de movimiento, por ejemplo,verticalmente por encima o por debajo de un paciente sometidoa una exploracin de torax.

La especificacin del modo de exploracin del cuerpo, enrelacin a la cabeza , puede incorporar automticamente cierta

reduccin de los artefactos de movimientoen la reconstruccin.


Caractersticas incorporadas en los equipos paraminimizar el artefacto debido al movimiento .- Los fabricantes minimizan los artefactos de movimiento

mediante el uso de los modos de sobreexploracin ysubexploracin, correccin de software y sincronizacincardaca.

Modos underscan y overscan (sobreescaneo): Ladiscrepancia mxima en las lecturas de detector seproduce entre las vistas obtenidos hacia el comienzo y el

final de una exploracin de 360 . Algunos modelos deescner utilizan el modo de sobreexploracin para lasexploraciones axiales del cuerpo, por el que un 10%adicional o menos se aade a la rotacin de 360 estndar.



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Las proyecciones repetidas se promedian lo que ayuda areducir la gravedad de los artefactos de movimiento. El uso delmodo de exploracin parcial tambin puede reducir losartefactos de movimiento, pero esto puede ser a expensas dela resolucin.

Correccin del software: En la mayora de los tomgrafos ,seaplica automticamente una ponderacin de los datos deimagen iniciales y finales para suprimir su contribucin a laimagen final. Sin embargo, esto puede dar lugar a ms ruido enla direccin vertical de la imagen resultante, dependiendo dela forma del paciente. Adicionalmente, la correccin demovimiento especializado est disponible en algunosescneres.


Gating cardaco:El rpido movimiento del corazn produce artefactos en las

imgenes y estos artefactos pueden imitar una enfermedaden las estructuras asociadas, por ejemplo, diseccin deaorta. Para superar estas dificultades, se han desarrolladotcnicas para producir imgenes mediante el uso de losdatos de slo una fraccin del ciclo cardiaco, esto se logramediante la combinacin de tcnicas de activacin peridicaelectrocardiogrficos con mtodos especializados de

reconstruccin de la imagen.


3. PROYECCIONES INCOMPLETAS:

S i cualquier parte de lapaciente se encuentra fueradel campo de exploracin, elordenador tiene informacinincompleta en relacin conesta estructura y seproducirn artefactos en rayas.



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Efectos similares pueden ser causados p o robjetos densos tales como un tubointravenoso que contiene medio de contraste que estn fuera del campo deexploracin.

Para evitar los artefactos debido a las proyecciones incompletas, es esencialposicionar al paciente de modo que ninguna parte se encuentran fuera delcampo de exploracin. Escneres diseados especficamente para laplanificacin de la radioterapia tienen SCFOV mas grandes que los tomgrafosestndar y permiten una mayor versatilidad en la colocacin del paciente.Tambin permiten la exploracin de pacientes mas grandes que no cabrandentro del campo de v is i n de los escneres estnd ar.


Algunos fabricantes controlan los canales de datos de referencia paralas inconsistencias y evitar el uso de datos de referencia queaparecen. Como una alternativa, el sistema de CT puede ser diseadocon detectores de referencia en el lado del tubo para eliminar laposible interferencia con los datos de referencia..


1. ARTEFACTOS EN ANILLO:

Si uno de los detectores est fuera de calibracin en un tomgrafo detercera generacin, el detector dar una lectura errnea en cadaposicin angular, lo que resulta en un artefacto circular. Un escnercon detectores de estado slido, donde todos los detectores sonentidades separadas, es en principio ms susceptibles a los artefactosde anillo que un escner con detectores de gas, porque la matriz de

detectores se compone de una sola cmara llena de xennsubdividido por los electrodos.

III. ARTEFACTOS POR INPERFECCIONES DEL ESCANER



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Los anillos son visibles en unfantoma uniforme, en el aire ,pueden no ser visibles en unaimagen clnica si se utiliza unaventana amplia. Incluso si sonvisibles, es raro que seconfunden con una patologa.Sin embargo, pueden afectar ala calidad de una imagen dediagnsti co, y esto esparticularmente probablecuando los detectores centralesse ven afectadas, creando unamancha oscura en el centro dela imagen.


Prevencin y Correccin Software: La presencia de objetos circulares en una

imagen es una indicacin de que la gananciadel detector necesita recalibracin o puedenecesitar servicios de reparacin. La seleccindel campo de exploracin correcta puedereducir el artefacto mediante el uso de losdatos de calibracin que se ajusten msestrechamente a la anatomadel paciente.

Todos los escneres modernos usan detectoresde estado slido, pero la latencia de losartefactos de anillo se reduce por el softwareque caracteriza y corrige las variacionesdetector.


Las posibles configuraciones son: (a) desplazamientos vertical y horizontal del detector; (b)giro del detector respecto al eje (z) paralelo a las columnas del plano del detector; (c)inclinacin del detector hacia la fuente alrededor del eje (u) y (d) rotacin en su mismo planoalrededor del eje que coincide con el rayo central.

El detector puede presentar diferentes desalineamientosgeomtricos respecto a su posicin ideal en eltomgrafo.


Dependiendo del desalineamiento geomtrico se producen diferentes tipos de artefactos en laimagen reconstruida, un ejemplo de imagen por un detector cuyo plano se encuentra

desplazado horizontalmente.



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Imagen reconstruida sin desalineamientos (a), imagen reconstruida cuandoel detector se inclina /10 alrededor de su eje central paralelo a las filas(b), cuando el detector gira /4 alrededor de su eje vertical central (c),cuando el detector rota /7 en su mismo plano (d). Fuente: (Sun et al2006).


IV. ARTEFACTOS PRODUCIDOS EN EL PROCESO DERECONSTRUCCION DE IMGENES HELICOIDALES

1. ARTEFACTOS EN EL PLANO AXIAL EN MODO HELICOIDAL :

Debido a la interpolacin helicoidal y el proceso de reconstruccin. Losartefactos se producen cuando las estructuras anatmicas cambianrpidamente en la direccin z (por ejemplo, en la parte superior delcrneo) y empeoran cuando se usan pitch mas anchos.


Si una exploracin helicoidal se lleva a cabo en un fantoma en forma decono situado a lo largo del eje z del escner, las imgenes axiales resultantesdeben aparecer circulares. Su forma est distorsionada debido a la funcinde ponderacin utilizada en el algoritmo de interpolacin helicoidal .

Para algunos ngulos de proyeccin, la imagen est ms influenciado por lascontribuciones de las partes ms anchas del cono delante del plano deexploracin, y para otros ngulos de proyeccin, predominan lascontribuciones de las partes ms estrechas del cono detrs del escanear .

Por lo tanto, la orientacin de los cambios de la posicin del centro delplano de la imagen pueden generar artefactos. En imgenes como la delhgado, los artefactos helicoidales fcilmente se pueden malinterpretarcomo una patologa.



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Para mantener los artefactos helicoidales almnimo, se deben tomar medidas para reducir losefectos de la variacin a lo largo del eje z. Estosignifica utilizar, cuando sea posible, unainterpolacin helicoidal baja, de 180 en lugar de360 . A veces, es todava preferible utilizar unaadquisicin axial clster en lugar de formacin deimgenes en helicoidal, para evitar artefactos(por ejemplo, en la exploracin del cerebro).


2. ARTEFACTOS EN TC MULTICORTE:

El proceso de interpolacin helicoidal conduce a una formams complicada de la distorsin de la imagen axialmulticorte que se ve en un corte.

La apariencia tpica de molino de viento que presenta esteartefacto es debido al hecho de que varias filas de detectoresse cruzan el plano de reconstruccin durante el curso decada rotacin. A medida que aumenta cada paso de la hlice,el nmero de filas de detectores que intersecta el plano de la

imagen por rotacin aumenta y aumenta el nmero de"aletas" de artefactos molino de viento.



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Los filtros z se utilizan comnmente en los escneres multicorte parareemplazar la interpolacin de dos puntos generalmente utilizados en losescneres de una sola seccin.

Uno de los beneficios del filtro Z es que reducen la gravedad de los artefactosde molino de viento, especialmente cuando el ancho de reconstruccin de laimagen es ms ancha que la anchura de adquisicin del detector.

Los artefactos pueden tambin ser reducidos mediante el uso de valores dePitch no exactos al ancho detector de adquisicin, tales como intervalos de3.5 o 4.5 en un escner de cuatro secciones. Esto se debe a que en el eje z ladensidad de muestreo est optimizado para desplazamientos con pitch noenteros.


3. EFECTO CONE BEAM:

A medida que el nmero de secciones adquiridos porrotacin aumenta, se requiere una colimacin ms amplia yel haz de rayos X toma la forma de cono en lugar deabanico.


A medida que el tubo y detectores giran alrededor del paciente (en un planoperpendicular a l diagrama), los datos recogidos por cada detector correspondena un volumen contenido entre dos conos, en lugar de la superficie plana ideal.


Estos artefactos son similares a los causados porel volumen parcial alrededor delos objetos fuera del eje. Los artefactos son ms pronunciadas para las filas dedetectores exteriores que para las internas donde los datos recogidoscorresponden ms estrechamente a un plano.



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El efecto cono beam empeora al aumentar elnmero de filas de detectores



Debido a la geometra del haz, una misma estructura de puede representaren diferentes filas de detectores, durante un giro del tubo de Rx.

Solo en el centro de rotacin las estructuras son siempre capturados porfilas de detectores idnticos.

Este efecto se hace mas evidente una estructura se encuentra mas alejadadel isocentro y cuando mas filas de detectores cuente el equipo

Algoritmos de interpolacin de datos en bruto (Raw Data), hacen lasuposicin de que todo el haz de Rx .son paralelos.

Esto produce buenos resultados con tomgrafos hasta de cuatro filas dedetectores activos, pero con un mayor numero de filas no funciona.

Tomgrafos de 16 cortes requieren algoritmos de haz cnico mas

sofisticados para la reconstruccin de imgenes.



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RECONSTRUCCION MULTIPLANAR Y TRIDIMENCIONAL

Importantes mejoras en reconstruccin multiplanar ytridimensional han surgido desde la introduccin deexploracin helicoidal y, en mayor medida , con la exploracinmulticorte .

La velocidad ms rpida con la que el volumen requerido sepuede escanear significa que los efectos de movimiento delpaciente se reducen mucho , y el uso de Grosor de corte de

adquisicin ms finos y con overlapping conducen a unadefinicin de los bordes ms fina en las imgenesreconstruidas .


Artefactos Stair Step:

Aparecen alrededor de los bordes de las estructuras en lasreconstrucciones multiplanares y tridimensionales cuandose utilizan colimaciones amplias e intervalos dereconstruccin que no se superponen(pitch anchos).

Estos artefactos en escalera son virtualmente eliminadosen las reconstrucciones multiplanares y tridimensionales apartir de datos obtenidos con grosores de corte finos yoverlapping e n tomgrafos multicorte .



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Artefacto Zebra:

Franjas dbiles pueden ser visibles en imgenesmultiplanares, tridimensionales y reformateadasde datos helicoidales, debido al proceso deinterpolacin helicoidal que da lugar a un grado deruido por falta de homogeneidad a lo largo del ejede la z. As el artefacto cebra es ms evidentefuera del eje de rotacin debido al aumento de

ruido por inhomogeneidad fuera del eje .


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