Curso dictado en el Simposio de Arequipa 2017

1. SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBRE PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN MEDICINA
II Encuentro Binacional sobre Protección Radiológica (Chile – Perú)
VII Congreso Peruano de Protección Radiológica
Arequipa, Perú, 20-24 agosto, 2017
Ileana Fleitas Estévez
Consultora de la OPS/OMS
CURSO PROTECCION RADIOLOGICA EN CT
Factores que afectan la dosis y la calidad
de imagen en TC

2. Producción de Imagen en TC
Componentes asociados
Sistema de Imagen
OPERADOR
OBSERVADOR
PARÁMETROS DE LA
TÉCNICA
Adquisición de
datos
Reconstrucción
de Imagen
Presentación Otros
Artecfactos
Distorsión
Ruido
Contraste
Resolución
Paciente Imagen
Selección de la Técnica
Sala de interpretación
X
ESPESOR CORTE
mAs
MATRIZ

3. 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: (~0,3-10mm)
• Filtración del Haz: Optimizada para exámenes de cabeza y cuerpo
• Pitch: 0,5 y 2,0
Selección de Parámetros Técnicos
• 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
Parámetros de Reconstrucción

4. Adquisición
• Potencial del Tubo
• Corriente del Tubo
• Tiempo de Barrido
• Colimación/Espesor de corte
• Filtración del Haz
• Pitch
Selección de Parámetros Técnicos
• Field of View
• Matriz de Reconstrucción
• Filtros de Reconstrucción
• Ancho de la Interpolación
• Tipo de Reconstrucción
(FBP, ASIR, MBIR)
Reconstrucción
Calidad de Imagen
1. Ruido
2. Resolución Espacial
3. Resolución de contraste
4. Artefactos
Dosis

5. 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.
Ruido
La resolución de objetos de bajo contraste está limitada
por el ruido.

6. Tamaño del Píxel
• Tamaño del píxel = —————————
FOV: campo de visión ( en inglés field of view)
FOV
matriz de la imagen
Matriz
FOV
Tamaño del pixel
Craneo
512 x 512
250 mm
250/512~0,5 mm
Abdomen
512 x 512
420 mm
420/512~0,8 mm
Ruido

7. Tamaño de la Matriz de Reconstrución
El tamaño de la matriz tiene influencia en el tamaño del píxel y,
en consecuencia, en el ruido y en la resolución espacial.
Matriz 64 x 64 pixeles
256 tonos de grises
Matriz 512 x 512 pixeles
256 tonos de grises
Ruido

8. Aumento del Ruido con la Amplificación (Field of View)

9. Efecto de la Interpolación
Ruido

10. Filtros de Reconstrucción
Smooth Sharp
Ruido

11. 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.

12. • Tamaño del punto focal
• Apertura del detector
• Espesor del corte
• Frecuencia de muestreo
• Angulo de adquisición
• Filtro de convolucion
• Interpolador de la espiral
• Posición del paciente
Resolución Espacial.
Factores que afectan la resolución espacial en las
imágenes tomográficas:
Si entonces la Resolución espacial
entonces la Resolución espacialSi
Filtro Sharp: mejor resolución espacial
Angulos mayores a 360º mejoran RE
Más RE hacia el isocentro.

13. 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

14. • Parámetros de exposición: kV, mAs
• 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 convolución
• Ruido del sistema
• Sensibilidad
Resolución de Contraste
Factores que afectan la resolución de contraste en las
imágenes tomográficas:

15. • Angulo de adquisición
El ángulo de adquisición es el ángulo medido
desde el comienzo de la adquisición de la
información correspondiente al Slice (Start-of-
field) hasta que concluye la adquisición (End-of-
field).
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.
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.
Tiempo de Adquisición

16. • Angulo de adquisición
• Espesor del corte
El espesor del corte está definido por el
espesor del haz de rayos X en la dirección
del eje Z del paciente.
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.
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.
Tiempo de Adquisición

17. • Angulo de adquisición
• Espesor del corte
• Estudio Espiral o Helicoidal
A diferencia de los estudios
secuenciales, en los cuales se
requiere una demora entre cada corte
para permitirle a la mesa moverse
horizontalmente a la posición del
próximo plano de corte, los estudios
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.
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.
Tiempo de Adquisición

18. 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.
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.
Tiempo de Adquisición
• Angulo de adquisición
• Espesor del corte
• Estudio Espiral o Helicoidal

19. Reconstrucción de la Imagen en CT
• Métodos Analíticos
- Retroproyección filtrada (FBP)
• Métodos Iterativos
- Iterativo algebraico ART (Algebraic
Reconstruction Tecnhnique)
- Iterativo estadístico

20. 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.
Nivel de radiación (nivel de señal) Calidad de ImagenSi

21. 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
• Como resultado se obtiene una
imagen virtualmente libre de
artefactos
Retroproyección filtrada (FBP)

22. 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
Convolución
Retroproyección filtrada (FBP)

23. Imágenes reales
Con convolución Sin convolución
Retroproyección filtrada (FBP)

24. Imágenes reales
Efecto del tipo de filtro (Kernel) sobre la calidad de imagen
Ruido – Contraste – Resolución Espacial
Retroproyección filtrada (FBP)

25. 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

26. 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.

27. ASIR
Se basa en modelar los orígenes del
ruido del objeto estudiado
(estadística de fotones, ruido
intrínseco).
Reducción dosis: 32–65%
MBIR (GE-VEO)
Modela tanto el sistema estadístico,
como óptico. Es capaz de reducir el
ruido y mejorar la resolución espacial
a la vez.
ASIR > rapidez que MBIR
Métodos Iterativos
Según fabricantes, con IRIS, IARD e iDose se
pueden esperar reducciones de dosis entre 30-60%.

28. 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.
ASIR

29. MBIR (VEO)

30. Imágenes extraídas de una presentación de GE
FBP-ASIR-MBIR

31. FBP-MBIR
Imágenes extraídas de una presentación de GE

32. 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.
Selección de Parametros Técnicos
Dosis
4. Adquisición Axial/Helicoidal:
• La adquisición helicoidal permite reducir la dosis (pitch≥1)
comparada con la Axial con una resolución espacial
equivalente.

33. GRACIAS
Ing. Ileana Fleitas Estévez, MSc.
Organización Panamericana de la Salud
Email: fleitasi@paho.org