FISICA DE LA MAMOGRAFIA CONVENCIONAL Y DIGITAL

FISICA DE LA MAMOGRAFIA CONVENCIONAL Y DIGITALDra. Mnica Sanabria Mondragn

La mamografa es una tcnica empleada para la obtencin de una imagen radiogrfica de la mama (a la cual tambin se le llama mamografa o mamograma) que permite obtener informacin clnica de este rgano; es la nica tcnica reconocida como vlida para la deteccin temprana del cncer de mama.MAMOGRAFIA

PRINCIPIO BASICO DE LA MAMOGRAFIACada mama es explorada empleando generalmente dos diferentes proyecciones:

crneo-caudalmedio-lateral-oblicua

PRINCIPIO BASICO DE LA MAMOGRAFIASe requiere equipo mdico diseado especialmente para la obtencin de una imagen mamogrfica de calidad ptima que adems implique la menor dosis de rayos X posible impartida a la pacienteLa produccin de las imgenes debe ser detallada debido a que el contraste tisular entre los tejidos sanos y enfermos es muy pequeo.

La formacin de la imagen se origina en el detector por lo que ste determinar los patrones de estudio.

La pantalla pelcula requiere una buena exposicin que permita a la imagen ser valorada adecuadamente ante un negatoscopio.El mastgrafo, sus caractersticas y componentes

Generacin del haz de rayos X en el tubo

PRINCIPIO BASICO DE LA MAMOGRAFIA

Los niveles de exposicin producen cambios en la pelcula lo cual se ve reflejado en el contraste de la imagen

Curva de Hunter y Driffield

La imagen digital no hace esta distincin por que los detectores tienen una respuesta lineal directa a los fotones independientes del nivel de exposicin.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACION DE LA IMAGEN: PELICULA/ PANTALLACalidad de imagenContrasteArtefactosRuidoBorrosidad o falta de agudezaCONTRASTE:Penetracin: transmisin del rayo X a travs de los tejidos proveniente del nodo.

Cantidad de radiacin dispersa (colimacin)

Tipo de pelcula, procesamiento y factores de fotografa.

Contraste BajoContraste MedioContraste Alto

BORROSIDAD:Movimiento de la mama

Mala definicin geomtrica

Grosor del fsforo de la pantalla

Mancha focal pequeaMancha focal grande

ARTEFACTOS Y RUIDO:

La manera como influyen los fotones en el moteado o granulado de la imagen.DETECTORES DE LA PELICULA Y PANTALLAEl generador emite energa elctrica hacia ctodo en donde el filamento del foco la transforma a calor y los e- son enviados al nodo produciendo un haz de fotones los cuales sern reconocidos por el detector.

PRODUCCION DE RAYOS XCATODOANODOFOTONESFILAMENTO EN EBULLICIONMETAL EN DONDE IMPACTAN LOS ELECTRONES kVp

TAMAO DEL FOCO Y CONSIDERACIONES GEOMETRICASEstas caractersticas son importantes para la resolucin de la imagen:Se necesitan focos pequeos que produzcan una gran cantidad de fotones El foco emisor es mas grande que elaparente. (Efecto Taln)

MAMOGRAFA DIGITALVENTAJAS SOBRE LA MAMOGRAFA CONVENCIONAL

La mamografa digital registra las imgenes de rayos X en cdigo de computadora en vez de registrarlas en pelcula de radiografa.

La mamografa digital puede ofrecer ventajas sobre la convencional:

Las imgenes pueden almacenarse y localizarse electrnicamente, lo cual hace que se puedan tener consultas a larga distancia con ms facilidad con otros especialistas en mamografa.Las imgenes pueden ser ajustadas por el radilogo, es posible notar diferencias sutiles entre los tejidos.

La mamografa digital puede reducir el nmero de procedimientos necesarios de seguimiento. La necesidad de menos exposiciones con la mamografa digital puede reducir an ms los niveles ya bajos de radiacin.

El procedimiento para hacerse una mamografa digital es el mismo que con mamografa convencional. Estadsticamente no se ha encontrado ventajas de una mamografa a otra para la deteccin de CA de mama.

MAMOGRAFIA DIGITAL DE CONTRASTETumores malignos se contrastan rpidamente (1-2 min.).Nos ayuda a :-Identificar la lesin.-Detectar Ca-Guiar la biopsia.-Monitorizar la terapia neoadyuvante y antiangiogenica.

BIBLIOGRAFIAETTA D PISANO, MARTIN J. YAFRE DIGITAL MAMMOGRAPHY, 1 EDICION, 2004, EDITORIAL LIPPICOTT W &W, PAGS. 4 -14.

KOPANS, DANIEL B. LA MAMA EN IMAGEN.2 EDICION, 2003. EDITORIAL MARBAN. PAGS 171 - 209, 471 - 483.

3.LEE, LINDA ET. AL. TECNICA RADIOLOGICA EN MAMOGRAFIA. 1 EDICION, 1998. EDITORIAL MARBAN. PAGS. 41 - 65, 67 -76.

G.E. HEALTHCARE TIPS APPLICATIONS. PROYECCIONES ESPECIALES Y OTROS PROCEDIMIENTOS. VERSION 0002-01-2005.IKEDA, DEBRA M. RADIOLOGIA DE MAMA. 1 EDICION, 2005. EDITORIAL ELSEVIER-MOSBY. PAGS. 251-264. http://theempireoflights.blogspot.mx/2013/07/principios-basicos-de-mamografia.html

TOMOGRAFIA COMPUTADAPRINCIPIOS FISICOS Y TERMINOLOGIA23

24TOMOGRAFIATomografa viene del griego tomos que significa corte o seccin y grafa que significa representacin grfica.

Por tanto tomografa es la obtencin de imgenes de cortes o secciones de algn objeto.

La palabra axial significa "relativo al eje".

Plano axial es aquel que es perpendicular al eje longitudinal de un cuerpo.

La tomografa axial computarizada o TAC, aplicada al estudio del cuerpo humano, obtiene cortes transversales a lo largo de una regin concreta del cuerpo (o de todo l). Computarizar significa someter datos al tratamiento de una computadora. 25TOMOGRAFIALA TAC es una exploracin de rayos X que produce imgenes detalladas de cortes axiales del cuerpo.

En lugar de obtener una imagen como la radiografa convencional, la TAC obtiene mltiples imgenes al rotar alrededor del cuerpo.

Una computadora combina todas estas imgenes en una imagen final que representa un corte del cuerpo como si fuera una rodaja.

Esta mquina crea mltiples imgenes en rodajas (cortes) de la parte del cuerpo que est siendo estudiada.26HISTORIAEl primer tomgrafo comercial viable fue inventado por Godfrey Newbold Hounsfield en Hayes, Inglaterra en los Laboratorios de Investigacin Thorn EMI, usando rayos X.Hounsfield concibi su idea en 1967 y fue anunciada al publico en 1972.Alan McLeod Cormack de la U. de Tufts, desarrollo de manera independiente un proceso similar y compartieron el premio Nbel en medicina en 1979.

27HISTORIA

28COMPONENTES DE LA TC1.-Generador y Tubo de Rx, similares a los del sistema convencional2.-Detectores3.-Sistema informticoa).-para clculos (nmeros TC o unidades Hounsfield)b).-para conversin en pixels de las distintas intensidades del blanco al negro.4.-Sistemas mecnicos para movimientos de barrido, centrajes y alineaciones.5.-Mesa de exploracin mvil, para escanogramas, etc.29

30GANTRYT: Tubo de rayos XD: DetectoresR: Rotacin del gantryX: Haz de rayos X

31A modern (2006) CT scanner with the cover removed, demonstrating the principle of operation. The X-ray tube and the detectors are mounted on a ring shaped gantry. The patient lies in the center of the gantry while the gantry rotates around them.This arrangement, a broad fan-shaped X-ray beam with rotating source and detectors, is the 'third-generation' configuration.This scanner is capable of helical scanning - the gantry is able to rotate freely while the patient moves continuously through the plane of the scan. Power (up to 150 kW) and data (up to 5 Gbps) are transferred to and from the gantry using slip rings (not shown).FUNCIONAMIENTOEl aparato de TAC emite un haz muy fino de rayos X.

Este haz incide sobre el objeto que se estudia y parte de la radiacin del haz lo atraviesa.

La radiacin que no ha sido absorbida por el objeto, en forma de espectro, es recogida por los detectores.

Luego el emisor del haz, que tena una orientacin determinada, (por ejemplo, estrictamente vertical a 90) cambia su orientacin (por ejemplo, haz oblicuo a 95).

32Este espectro tambin es recogido por los detectores.

El ordenador 'suma' las imgenes, promedindolas. Nuevamente, el emisor cambia su orientacin (segn el ejemplo, unos 100 de inclinacin).

Los detectores recogen este nuevo espectro, lo 'suman' a los anteriores y 'promedian' los datos.

Esto se repite hasta que el tubo de rayos y los detectores han dado una vuelta completa, momento en el que se dispone de una imagen tomogrfica definitiva y fiable.

33FUNCIONAMIENTOLa figura '1' representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyeccin (vertical, a 90). Se trata de una representacin esquemtica de un miembro, por ejemplo un muslo.

El color negro representa una densidad elevada, la del hueso.

El color gris representa una densidad media, los tejidos blandos (msculos).

El hueso, aqu, deja una zona de 'sombra'. Los msculos, una zona de 'penumbra'.

34FUNCIONAMIENTOLa figura '2' tambin representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyeccin, pero con un ngulo diferente (horizontal, a 180).

35FUNCIONAMIENTOFigura '3' muestra qu hace el ordenador con las dos imgenes. Aqu la zona de sombra ya est limitada al centro de la figura, pero la imagen presenta unos perfiles muy diferentes al objeto que se estudia (un cuadrado en vez de un crculo).

36FUNCIONAMIENTOEn la figura '4' el ordenador dispone de datos de cuatro incidencias: 45, 90, 135 y 180. Los perfiles de la imagen son octogonales, lo que la aproximan mucho ms a los contornos circulares del objeto real.

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38FUNCIONAMIENTOUna vez que ha sido reconstruido el primer corte, la mesa donde el objeto reposa avanza (o retrocede) una unidad de medida (hasta menos de un milmetro) y el ciclo vuelve a empezar.

As se obtiene un segundo corte (es decir, una segunda imagen tomogrfica) que corresponde a un plano situado a una unidad de medida del corte anterior.39GENERACIONESDesde la introduccin del primer prototipo de tomgrafo en 1971 por Hounsfield, varias generaciones de scanners se han producido, en relacin a la configuracin del complejo tubo-detector y movimiento de escaneo. GeneracinConfiguracinDetectoresRayoTiempo de scan mnimoPrimeraTranslacin-rotacin1 2Grosor de un lpiz2.5 minSegundaTranslacin-rotacin3 52Abanico estrecho10 segTerceraRotacin-rotacin256 1000Abanico amplio0.5 segCuartaRotacin-estacionario600 4800Abanico amplio1 segQuintaRayo de electrones1284Rayo de electrones de abanico amplio33 mseg40Aunque se nombraron secuencialmente, los tomgrafos de 3 y 4 generacin fueron desarrollados aproximadamente en las mismas fechas. El concepto de la TC de rayo de electrn les sigui en aparicin. Algunos autores han descrito hasta 7 generaciones de tomgrafos, sin embargo solamente se reconocen de manera amplia y consistente hasta la 4 generacin.PRIMERA GENERACIONPara llevar a cabo la exploracin, las mquinas de primera generacin realizan una serie de operaciones:

Estudiar la atenuacin de 160 trayectorias paralelas mediante movimientos de traslacin.

Posteriormente girar todo el conjunto 1 grado.

Realizar nuevamente la operacin 1, y as sucesivamente hasta que el conjunto gire 180.

41SEGUNDA GENERACIONEste sistema es similar al anterior en cuanto a los movimientos que realiza el conjunto, pero este modelo utiliza un haz de rayos X en forma de abanico con un ngulo de apertura de 5 aproximadamente y un conjunto de detectores cuyo nmero oscila entre 10 y 30.

De esta manera, se logra reducir el tiempo de exploracin

42TERCERA GENERACIONEsta es la generacin de tomgrafos computados ms utilizada en la actualidad. Aqu se utiliza un haz de rayos X ancho (entre 25 y 35) que cubre toda el rea de exploracin y un arco de detectores que posee un gran nmero de elementos, generalmente entre 300 y 500.

Ambos elementos, tubo y banco de detectores realizan un movimiento de rotacin de 360. Este sistema ofrece dos ventajas importantes: 1) El tiempo de exploracin se reduce notablemente al punto de llegar a slo 2 o 3 segundos. 2) Se aprovecha en forma eficiente la radiacin emanada del tubo.

43CUARTA GENERACIONRotacin / Estacionario Utiliza un anillo fijo de detectores dentro del cual gira el tubo de rayos X.Las ventajas que presenta este sistema son las siguientes:El tubo puede girar a velocidades altas, disminuyendo el tiempo de exploracin. El sistema es poco sensible a las variaciones o diferencias de comportamiento entre los detectores. Como desventaja se puede citar el hecho de que, constructivamente, el gantry resulta muy grande y costoso, debido al gran nmero de detectores.

44QUINTA GENERACIONRotacin / Nutacin Tambin utiliza un anillo de detectores, pero en este caso el tubo de rayos X gira por fuera del anillo y los detectores realizan un movimiento de nutacin (oscilacin de pequea amplitud del eje de rotacin) para permitir el paso del haz de rayos X.

Si bien el sistema mecnico para producir el movimiento de nutacin de los detectores resulta complejo y costoso, con este tipo de tomgrafo se han obtenido exploraciones de muy alta resolucin en tan slo un segundo.

45TC DE RAYO DE ELECTRONES(ELECTRON BEAM CT)Introducido en principios de los 80s.En vez de rotar un tubo de RX convencional alrededor del paciente, la TCRE tiene un tubo al vaco gigante en el cual se enva un rayo de electrones hacia una hilera de nodos de tungsteno dispuestos de manera circular alrededor del paciente.

Cada nodo es golpeado por el rayo y emite RX que son colimados y detectados como en la TC convencional.

La falta de partes mviles permite adquisiciones de 50 -100 ms (ideal para estudios cardacos).

Alto costo y poco flexible46TC HELICOIDAL (ESPIRAL)Fue introducida a principios de los 90s.

A diferencia de los equipos anteriores, en la TC helicoidal la fuente de RX (y los detectores en diseos de 3 generacin) son empotrados a un gantry de rotacin libre.

Durante la adquisicin, la mesa se mueve suavemente a travs del scanner; el nombre deriva del trayecto helicoidal que efecta el haz de RX sobre el paciente.

2 Tecnologas: Slip rings (anillos deslizantes) y suministro de energa de modo alternante (SMPS).47Un anillo deslizante (en terminos de ingeniera elctrica) es un metodo para hacer una coneccin elctrica a travs de un ensamble rodante. Los anillos deslizantes, tambin llamados interfaces elctricas rotatorias o articulaciones elctricas rotatorias consisten en un circulo conductor montado en una hendidura y aislado de ella. La conexin elctrica se establece por medio de cepillos metalicos o una capa de mercurio que transmiten la energa elctrica o seales al exterior.TC HELICOIDAL

48TC MULTICORTEEs similar en concepto a la TC helicoidal pero en esta existe mas de un anillo de detectores.

Comenz con 2 anillos a mediados de los 90s, posteriormente fue presentado con 4, 8, 16, 32 y 64 anillos de detectores, con velocidades de rotacin cada vez mayores.

Los modelos recientes (2007) dan hasta 3 rotaciones/seg.

Con resolucin de voxels de 0.33x0.33x0.33 mm, con una velocidad en el eje z de hasta 18 cm/s

Permiten excelentes reconstrucciones en la estacin de trabajo49TC MULTICORTE

50TC MULTICORTE

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52TC DE FUENTE DUALSiemens introdujo un modelo con un tubo de RX dual y una hilera dual de 64 lneas de detectores en el 2005. Las fuentes dobles aumentan la resolucin temporal con lo que permiten los estudios del corazn sin necesidad de utilizar la medicacin para reduccin de la frecuencia cardiaca.

Se hace tambin posible la imagen de doble energa, que permite estimar el numero atmico promedio en un voxel, as como su atenuacin total. Esto permite la diferenciacin entre tipos de tejido (tumores, etc.)53TERMINOLOGIAUn corte de T.C. se compone de un conjunto de unidades cbicas o rectangulares (celdas) llamadas voxels o unidades de volumen.

La superficie del voxel se llama pixel (picture element) o unidad de superficie.

El conjunto de pixels se llama matriz: en llos se forma la imagen.

Ej. Una matriz de 512 x 512 indica que son 262,144 pixels, es la superficie de 262,144 voxels.

Hofer M. Manual prctico de T.C. Ed. Mdica Panamericana. Madrid. 2002.

54TERMINOLOGIAGrosor de corteDetermina el volumen del voxel o, lo que es lo mismo la anchura del corte (anchura de la "rebanada"). Se mide en mm.IntervaloDetermina la distancia entre un corte y otro.Puede dejarse una gran distancia entre un corte y otro lo que nos dejara zonas sin estudiar, pero tambin se pueden hacer cortes solapados o continuos. P.ej.: Un grosor de 10mm con un intervalo de cada 10mm sera un estudio con cortes seguidos sin dejar zonas sin estudiar.El intervalo est relacionado directamente con el movimiento de la mesa.

55TERMINOLOGIAMatriz de imagenLa imagen en TC est constituida por un conjunto de celdas, cada una con un nmero, que se visualizan en el monitor de televisin como niveles de brillo o densidad.

El formato original que utiliz la EMI era de 80 x 80, es decir, 6,400 celdas.

Los equipos modernos utilizan matrices de 512 x 512 o 262,144 celdas

56TERMINOLOGIAPixel y VoxelLa pantalla est dividida en puntos llamados pixels (picture element), que corresponden a una unidad de superficie, pero ya que el corte tiene una profundidad prefijada por nosotros en el grosor de corte, tambin obtenemos una unidad de volumen llamada voxel (volume element).

57TERMINOLOGIANmeros de TC (Unidades Hounsfield)Cada pixel aparece en el monitor de video como un nivel de brillo y en la imagen fotogrfica como un nivel de densidad ptica.

Estos niveles corresponden a un rango de nmeros de TC entre 1000 (aire) y + 1000 (hueso denso). El numero de TC cero corresponde al agua.58TERMINOLOGIACampo de visin (F O V = Field of view)Determina el dimetro del corte y depende de la zona de estudio.Cuanto ms amplio sea el FOV ms pequea se ver la imagen en la pantalla que al ampliarla perder resolucin.59TERMINOLOGIAKv y mACorresponden a las caractersticas del disparo, como cualquier aparato convencional, con la salvedad de que prcticamente el aparato ya tiene establecidas dichas caractersticas de forma protocolizada para cada tipo de exploracin, aunque se pueden variar manualmente.60TERMINOLOGIATiempoEl tiempo del disparo corresponde al tiempo de barrido.Entre disparo y disparo existe un tiempo de espera que corresponde al tiempo de enfriamiento y ste est relacionado con la capacidad de enfriamiento del tubo y con la tcnica utilizada.61TERMINOLOGIAAntes de cada exploracin se puede realizar unScout =Surview = Escanogramaque corresponde a una radiografa digital por barrido lineal, sobre la que se planifican previamente los cortes que se han de realizar.

62TERMINOLOGIACentro de ventana y Amplitud de ventanaEl centro de ventana: C (Center) se sita en el valor medio de UH de la estructura a estudiar:(ejemplo: en el cerebro centro de ventana en 35, ya que la sustancia blanca y gris miden valores cercanos a 30-40 UH. Pero si queremos estudiar el hueso de la calota debemos colocar el centro de ventana en valores de densidad sea, aprox. 200 UH.)La anchura de ventana. W (Width) nos aporta la discriminacin entre estructuras, ventana estrechas permiten mejor discriminacin entre estructuras de valores de UH cercanos. Se asigna la escala de grises slo a las UH que estn en esa ventana. (ventanas estrechas se utilizan en estudios de cerebro y ms amplias en estudios de abdomen o trax.)63

64TERMINOLOGIAReconstruccin multiplanar MPRTcnica que permite la reconstruccin en los planos tanto coronal y sagital como oblicuo.

65TERMINOLOGIARendering volumtricoAunque son visualmente muy atractivos, generalmente son de poco valor diagnstico, adems de que exigen recursos de memoria sustanciales.

66BIBLIOGRAFIAMATHIAS HOFER, MANUAL PRACTICO DE TC: INTRODUCCION A LA TC . ED. PANAMERICANA. 4 ED.STEWART C. BUSHONG, MANUAL DE RADIOLOGIA PARA TECNICOS. MOSBY/DOYMA LIBROS. 5 ED.http://en.wikipedia.org/wiki/Computed_tomography#Generationshttp://www.bioingenieros.com/bio-maquinas/tomografia/index.htm?generaciones.htm&1http://www.medcyclopaedia.com/library/topics/volume_i/c/computed_tomography_ct_.aspxhttp://www.gehealthcare.com/usen/ct/index.html

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