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- 1. Tomografía de conteo de Fotones: Principios técnicos y perpectivas clínicas Eliz Fernanda Jordan Mena Juan Sebastián Valencia Quintero Residentes de primer año de otorrinolringología
- 2. Concepto DEFINICION: EL GRIESO TOMOGRAFÍA. TOMO=Corte GRAFOS=Escritura, imagen, grafico. IMAGEN DE UN CORTE. » COMPUTARIZADA Sistema informático analógico digital.
- 3. Historia 1917 .Radon (austriaco) estableció el fundamento teórico de la reconstrucción bidimensional y tridimensional a partir de un conjunto de infinitas proyecciones. 1968. Hounsfield propuso emplear ordenadores para reconstruir una imagen seccional del cuerpo.
- 4. Historia
- 5. Principios de la TC
- 8. Tomografía Tubo rayos X Colimador Detectores Gantry y mesa
- 9. Martin J. Willemink, MD, PhD et al : Departamento de radiología , instituto cardiovascular de Stanford – profesor de la universidad de Stanford. Publicado en la revista radiology en el 2018
- 10. Introducción del articulo La Tomografía de conteo de fotones es una tecnología emergente, utiliza nuevos detectores de rayos x de resolución de energía, cuentan el numero de fotones entrantes y miden su energia. Esta técnica da como resultado una mayor relación entre contraste, una resolución espacial mejorada y una imagen espectral optimizada. Reduce la exposición a la radiación, reconstruye una imagen a una resolución mas alta, optimiza el uso de agentes de contraste y crea oportunidades para imágenes cuantitativas en relación con la tecnologia actual.
- 11. Principios Físicos El Detector de conteo de fotones no requieren una capa separada para convertir los rayos X en luz, sino que consisten en una sola capa gruesa (1,6-30 mm), en el que se aplica un gran voltaje, Si una radiografía incidente se absorbe en el semiconductor, genera una nube de cargas positivas y negativas alejadas entre sí rápidamente. Las cargas móviles generan un pulso eléctrico en los cables conectados a los electrodos, que se registra con un circuito de lectura electrónica.
- 12. Principios Físicos Principio de funcionamiento de un fotónDetector de conteo. Cada fotón registrado da lugar a un pulso eléctrico en la electrónica de lectura del detector, con la altura de cada pulso proporcional a la energía del fotón individual. El detector cuenta el número de pulsos con una altura mayor que un umbral preestablecido, eliminando así el ruido electrónico. Al establecer más de un umbral, los fotones registrados se pueden clasificar en varios contenedores de energía en función de su rango de energía.
- 13. TC - Detector de Integración Energética Modo convencional TC Filas de 900 detectores septos cintilador convierte fotón rayos x a fotón de luz visible fotodiodo convierte a energía eléctrica
- 14. TC - Detector Conteo de Fotones no requiere septos semiconductor diodo genera impulso eléctrico que es absorbido directamente por fotodiodo convierte a energía eléctrica silicona telururo de cadmio todos los fotones general un impulso eléctrico proporcional a su energía
- 15. Decomposición Material Uso de información energética obtenida dependencia energética de la atenuación en cada voxel cada material depende de la combinación de 2 materiales dados calcio y agua borde-k → elementos con número atómico alto cambia atenuación → se puede ingresar en gráfica cambiar el patrón de imagen voxel yodo, gadolinio, xenon, bismuto, lutenio, tungsteno, plata nanopartículas marcadas con oro mejora cuantificación de medios de contraste reduce su dosis permite múltiples al mismo tiempo
- 16. Decomposición Material Willemink MJ, et al. "Photon-counting CT: technical principles and clinical prospects." Radiology. 2018; 289(2): 293-312.
- 17. Problemas Cross talk silicona → dispersión energía se absorbe parcialmente nueva posición aleatoria → vuelve a ser detectada telururo de cadmio parte energía liberada como rayo-x fluorescente que puede ser absorbida de nuevo ambas: carga compartida entre dos detectores deteriora: resolución espacial, disminuye contraste, aumenta ruido Willemink MJ, et al. "Photon-counting CT: technical principles and clinical prospects." Radiology. 2018; 289(2): 293-312.
- 18. Problemas Pile-up cientos millones fotones por segundo por milimetro cuadrado transporte de cargas y conteo de pulsos rápidos si llegan dos fotones al tiempo su energía es igual a la suma Efectos: aumenta ruido imagen sobretodo áreas de baja atenuación como piel Willemink MJ, et al. "Photon-counting CT: technical principles and clinical prospects." Radiology. 2018; 289(2): 293-312.
- 19. Utilidad Clínica reducción en dosis de radiación 30-60% mejor resolución espacial menos artefactos usar menos dosis de medios contraste yodo usar contrastes diferentes → oro, platino, plata, nanopartículas
- 20. TC cardiovascular • Angiografía por TC > angiografía por catéter, adecuada para vasos relativamente grandes • Especificidad reducida en enfermedad coronaria en pequeños vasos por la dificultad para identificar la placa de la luz del vaso, sin embargo, es prometedor observas las capacidades de resolución espacial con diferentes medios de contraste en una sola toma de imagen • Tiempo de rotación del gantry es de 0,5 segundos
- 21. TC en trauma ortopédico Mejora la resolución en estructuras óseas pequeñas La descomposición de material puede usarse para reconstruir imágenes sin calcio y evaluar medula ósea sin necesidad de RMN TC cabeza y cuello • Mejora detección de lesiones tempranas • Ej: lesiones infiltrativas de los cartílagos laríngeos
- 22. Artefactos Gutjahr, demostró que la exploración con 140keV tiene una relación contraste-ruido similar a la del detector integrador de imágenes a 120 keV Pourmorteza, demostraron buena concordancia entre 140 y 120 keV con el detector de conteo de fotones en humanos Otras maneras de reducir el ruido es usar fotones de alta energía, ya que se presentó menor contaminación por artefactos que fortalecen el endurecimiento del haz
- 24. Artefactos metálicos: Pueden tener varias causas, (Ej: endurecimiento severo del haz de luz),- tc con conteo de fotones mejora el ruido electrónico y da mayor resolución Artefactos resplandecientes El TC de conteo de fotones permite controlar el “blooming” a través de la descomposición de material, especialmente importante en stent coronarios, por ejemplo.
- 26. Contraste Dado que el TC con conteo de fotones mejora la relación contraste-ruido, es ideal para caracterizar lesiones hipervascularizadas permitiendo visualizar mejor las estructuras Adicionalmente permite el uso de múltiples agentes de contraste, que pueden visualizarse de manera simultánea o por descomposición de material, consiguiendo imagenes virtuales sin contraste
- 27. Reducción de carga de yodo Yu y colaboradores, indican que la relación contraste-ruido de material contrastado vs el agua aumenta en un 25,5%, por lo que en estas condiciones el yodo puede ser pensado en cualquier aplicación y permite reducir la carga de yodo. Adicionalmente mantener la carga de yodo con la reducción de contraste-ruido permite usar su aplicación para visualización de arterias coronarias, endoprótesis o evaluación de isquemia.
- 28. Agentes de contraste alternativos Gadolinio con requerimiento de volúmenes mayores para alcanzar una concentración molar adecuada para el contraste tisular Sin embargo, las dosis clínicamente aceptables de gadolinio son inferiores a las dosis de yodo. Con el TC con recuento de fotones se pueden usar otros elementos como el oro y el platino, el xenón, el bismuto, el lutecio, el tungsteno, la plata y el iterbio
- 29. TC virtual sin contraste.— De manera similar a la TC de energía dual, el yodo u otros agentes de contraste se pueden detectar y eliminar de las imágenes adquiridas con la TC con fotoconteo, La TC con conteo de fotones debería permitir la evaluación cuantitativa del mineral óseo, densidad e inflamación en la gota, así como la caracterizaciónde cálculos renales (99). Estas funciones ya son posibles conTC de energía dual, pero se espera que la cuantificación sea más precisa con la TC con recuento de fotones.
- 30. La TC con conteo de fotones es una técnica prometedora a punto devolverse clínicamente factible y tiene el potencial de mejorar dramáticamentealterar el uso clínico de la TC en las próximas décadas. Mediante el usodetectores de resolución de energía en lugar de EID, CT con conteo de fotonesLos sistemas pueden contar los fotones de rayos X entrantes individuales ymedir su energía. Estos avances técnicos conducirán a una reducción de las dosis de radiación en las imágenes por TC de al menos un 30%-40%
- 31. Ventajas Más información mejor calidad de imágen Mejor control ruido eléctrico No se basa en promedio de energía utiliza todos la información luz - fotón Requiere menos dosis de radiación Willemink MJ, et al. "Photon-counting CT: technical principles and clinical prospects." Radiology. 2018; 289(2): 293-312.
Notas del editor
- El término “tomografía computarizada”, o TC, se refiere a un procedimiento computarizado de imágenes por rayos X en el que se proyecta un haz angosto de rayos X a un paciente y se gira rápidamente alrededor del cuerpo, produciendo señales que son procesadas por la computadora de la máquina para generar imágenes transversales—o “cortes”—del cuerpo. Una vez que la computadora de la máquina recolecta varios cortes sucesivos, se pueden “apilar” digitalmente para formar una imagen tridimensional del paciente que permita más fácilmente la identificación y ubicación de las estructuraras básicas, así como de posibles tumores o anormalidades
- En 1917 el matemático johann radón estableció los fundamentos matemáticos de la tac Los primeros fundamentos de tomografía fueron establecidos en el año 1917, por el matemático austriaco J. Radón, quien probó que era posible reconstruir un objeto bidimensional a tridimensional a partir de un conjunto de infinitas proyecciones. La tomografía computada (TC) fue creada y desarrollada por sir Godfrey Hounsfield en el año 1972, Godfrey, ideó la posibilidad de reconstruir un corte trasversal del cuerpo humano a partir de varias proyecciones radiográficas adquiridas desde diferentes posiciones; recibiendo seis años más tarde el Premio Nobel de Medicina.
- 1971 Godfrey.Hounsfield Fabrica el Prototipo de escáner TC cerebral EMI MARK I, para el Hospital Atkinson con el que se obtuvo la primera TAC cerebral permitía obtener únicamente imágenes axiales del cerebro de interés en neurorradiología. Las unidades Hounsfield (UH) se emplean en los estudios de tomografía computarizada (TC) para medir de forma cuantitativa la atenuación de las estructuras y órganos en el sujeto de estudio. teóricamente la escala Hounsfield es una escala abierta, lo cierto es que en el ámbito del diagnóstico por imagen se ha establecido un rango de valores útiles que abarca desde -1024 HU hasta 3071 HU del material o tejido correspondiente
- El principio teórico de la TAC El objetivo de una adquisición de TC es medir la transmisión de los rayos X a través del paciente en un gran número de proyecciones. Las proyecciones se obtienen mediante la acción combinada del tubo de rayos X rotando alrededor del paciente y de sistemas detectores que cuentan con cientos de elementos a lo largo del arco detector (generalmente unos 800 - 1000 elementos), con decenas e incluso cientos de filas contiguas de detectores alineadas a lo largo del eje de rotación. Los rayos X se producen cuando un haz de electrones proyectil de alta energía, acelerados a través de un voltaje de miles de voltios, choca con el blanco (tungsteno) del tubo de rayos X. Los electrones proyectil interaccionan con los electrones orbitales o los núcleos del blanco por tres mecanismos diferentes que dan lugar a emisiones energéticas diferentes. Los fotones son las partículas portadoras de las formas de radiación electromagnética, no sólo de la luz. En ellas se incluyen los rayos X, los rayos gamma, la luz ultravioleta, la luz infrarroja, la luz visible, las microondas y las ondas de radio.
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- Articulo base de la presentación: tomografía por conteo de fotones: principales técnicas y prospecto clínico: autor principal martin J. willmermin del departamento de radiología del instituto cardiovascular de Standfor – profesor de la universidad de standfor. Publilcado en la revista radiology en 2018. tratándose de una revisión narrativa.
- Tomografía de conteo de Fotones: principios técnicos y prospecto clínico: La tomografía de conteo de fotones es una tecnología emergente, usa una nuevo detector de resolución de rayos x, con mecanismos que difieren sustancialmente a los detectores de integración de energía convencional. La tomografía de conteo de fotones cuenta el número entrante de fotones y mide la energía del fotón. Esta técnica resulta en menor contraste al ruido, mejora la resolución espacial, y optimiza la imagen espectral. La TAC de conteo de fotones reduce la exposición a la radiación, reconstruye imágenes a alta resolución, optimiza el uso de agentes de contraste, y crea oportunidades de obtención de imágenes cuantitativas en relación con la tecnología actual de la tomografía. El objetivo de esta revisión es explicar los principios técnicos de la TC de conteo de fotones en radiólogos y médicos. Una descripción general del estado actual de la tecnología de TC de conteo de fotones va seguida de una discusión de las posibles aplicaciones clínicas
- Los scanners actuales cuentan con detectores de integración de energía que mejoran la discriminación del tejido. Un detector típico cuenta con varias divisiones o septos de aproximadamente 900 elementos de detección por división, cada elemento mide la totalidad de rayos x depositados en el detector durante el intervalo. Los rayos X emitidos por el tubo son absorbidos por una lámina superior llamada cintilador (Un centelleador es un material que centellea, o sea, exhibe luminiscencia cuando por él pasa radiación ionizante (electrones, positrones u otras partículas o iones más pesados). Esto se produce porque el material absorbe parte de la energía de la partícula incidente y la reemite en forma de un corto destello de luz, típicamente en el rango de la luz visible). Cuando los fotones de rayos X golpea el cintilador una luz de fotones secundaria es generada, esta es absorbida por un fotodiodo realizado de materiales semiconductores esta se encarga de medir la incidencia de la luz y generar una señal eléctrica proporcional al total de energía depositada durante el intervalo de medición. El Detector de conteo de fotones no requiere una lámina separada para invertir rayos x entre luz, consiste en una lámina de un diodo semiconductor, en la se genera una nube de carga negativas y positivas que se repelen unas a otras, este movimiento genera una carga eléctrica, no se requiere el paso de invertir fotones a luz visible.
- Principio de funcionamiento de un fotónDetector de conteo. Cada fotón registrado da lugar a un pulso eléctrico en la electrónica de lectura del detector, con la altura de cada pulso proporcional a la energía del fotón individual. El detector cuenta el número de pulsos con una altura mayor que un umbral preestablecido, eliminando así el ruido electrónico. Al establecer más de un umbral, los fotones registrados se pueden clasificar en varios contenedores de energía en función de su rango de energía
- Los scanners actuales cuentan con detectores de integración de energía que mejoran la discriminación del tejido. Un detector típico cuenta con varias divisiones o septos de aproximadamente 900 elementos de detección por división, cada elemento mide la totalidad de rayos x depositados en el detector durante el intervalo, dependiendo del fotodiodo la imagen se atenuara funcionando como contraste, al igual que permitirá mejorar el espectro de la imagen.
- Los efectos causados por la degradación de la energía dependen del material del sensor, los utilizados actualmente son CADMIUM, TELURIO, TELURIO DE CADMIO, ZINC, Y SILICON. En un PCD ideal, un fotón crea una señal solo en el elemento detector en el que se encuentra. En realidad, hay varios efectos físicos que pueden hacer que un solo fotón se registre como un evento de recuento en más de un elemento detector. En un detector de silicio, una gran proporción de los fotones interactúan mediante la dispersión de Compton en el material del detector, depositando una pequeña fracción de su energía en el elemento del detector. El fotón disperso luego se mueve en una dirección nueva y aleatoria, posiblemente depositando su energía restante en otro elemento detector. Con el telururo de cadmio, el telururo y zinc, la probabilidad de dispersión de Compton es baja. Sin embargo, parte de la energía depositada en la interacción original puede liberarse en forma de rayos X fluorescentes, que se puede absorber en un elemento detector vecino, como se muestra en la Figura 4, A
- hay dos formas principales de utilizar la información de energía de los datos, la ponderación de energía y descomposición del material. La ponderación energética consiste en asignar más peso a contenedores de energía específicos, El objetivo es generar la mejor calidad de imagen posible para un escenario de imagen determinado. La descomposición del material se logra determinando la dependencia energética completa de la curva de atenuación en cada vóxel de imagen, En lugar de medir la atenuación de los rayos X en un gran número de contenedores de energía, un pequeño número de contenedores de energía es suficiente para este propósito. Esto se explica por el hallazgo de que cualquier material que consista en elementos ligeros, como el tejido humano, es aproximadamente equivalente a una combinación de dos materiales base, en lo que respecta a las propiedades de atenuación de los rayos X
- cualquier par de materiales se puede elegir como materiales base, aquí lo haremos Asuma que estos materiales son agua y calcio. Por lo tanto, cualquier tejido humano puede ser representado por un punto en un diagrama cuyos ejes son las concentraciones de los dos materiales base, como se muestra en la Figura 9, A. Aunque en realidad el tejido humano no está compuesto de agua y calcio, tiene el mismo coeficiente de atenuación de rayos X en todas las energías que la combinación de estos materiales.
- Efecto de Entrecruzamiento, el material de detección siliconado permite una efecto campton mas marcado por lo que se dispersa la energía, generando la absorción parcial del haz de fotones y por ende una disminución en la energía eléctrica producida por el detector, el telurio de cadmio puede a su vez generar un haz florescente que puede ser absorbido de nuevo por otro detector, lo que aumentaría el ruido espectral de la imagen, deteriora la resolución espacial, disminuye el contraste, y empeora la calidad de la imagen.
- Apilamiento: ingreso de millones de fotones por segundo por milímetro cuadrado, sin embargo el detector determina que si dos fotones llegan al mismo tiempo su energía es igual a la suma de los mismo, dependiente del tiempo de ingreso se generara una meseta doble en el detector de señal generando aumento en el ruido de la imagen, sobre todo en áreas de baja atenuación como la piel.
- Eliza
- corazón canino. A, concentración de yodo, B, concentración de gadolinio y C, mapas sin contraste. El mapa de material de yodo muestra un realce de primer paso del charco sanguíneo, mientras que el mapa de gadolinio muestra un realce tardío del tejido cicatricial subendocárdico (flechas). D, Imagen convencional de energía única con PCD CT. E, El mapa de concentración multimaterial obtenido combinando los mapas de materiales muestra que la diferenciación entre miocardio infartado (flechas en B), miocardio remoto (puntas de flecha en A) y acumulación de sangre del ventrículo izquierdo Vasculitis de vasos pequeños, vasculitis con cambios luminales sutiles y displasia fibromuscular fibromuscular, que actualmente se evalúan con angiografía intraarterial La TC con conteo de fotones permite obtener imágenes de borde k, lo que permite diferenciar entre múltiples agentes de contraste, Las imágenes pdrían reconstruirse eliminando los agentes de contraste de las imagenes Además a nanopartículas específicas, agentes de contraste como yodo y/o bario y Se puede combinar gadolinio la administración de dos agentes de contraste diferentes podría provocar una amplificación del ruido de la imagen, ya que se separan más materiales mediante el uso de un algoritmo de descomposición lineal de materiales.
- donde con TC convencional es casi indistinguible, mejorando la estadificación y pronostico del paciente
- Una ponderación similar de los tejidos blandos, así como entre otros tejidos, hace que se puedan eliminar los artefactos que endurecen el haz y conseguir una mejor relación contraste-ruido de la imagen
- Ejemplo in vivo de imágenes monocromáticas virtuales de detector de conteo de fotones (PCD) de placa carotídea.A, Imagen PCD en escala de grises reconstruida a partir de todos los fotones detectados al nivel de la carótida interna cervical proximal.arteria (segmento C1) en una mujer de 73 años muestra una placa calcificada excéntrica leve. B, imagen ampliada deSegmento C1 de la arteria carótida interna con las correspondientes imágenes C, de baja y D, de contenedor de alta energía. E, sobre la base dePara conocer el comportamiento específico de los materiales a diferentes energías de fotones, las imágenes se pueden descomponer en sus materiales constituyentes (p. ej., yodo frente a calcio) y se pueden reconstruir imágenes monoenergéticas virtuales para facilitar la detección de placa.(centro de ventana: 145 HU, ancho de ventana: 800 HU).
- Blombing = resplandor pero con la TC de conteo de fotones, se reduce el endurecimiento del haz de luz,
- Imágenes del primer estudio de pacientes con TC con conteo de fotones, adquiridas con un sistema prototipo (GE Healthcare, Chicago, Ill).La fila superior muestra imágenes sagitales reconstruidas en un contenedor de energía bajo, un contenedor de energía alta y energía total combinada, respectivamente. Más bajoLa fila muestra imágenes coronales reconstruidas en un contenedor de energía baja, un contenedor de alta energía y energía total combinada, respectivamente. Observe la reducción de artefactos de endurecimiento del haz con el contenedor de alta energía
- Reducción de la carga de yodo: aunque la reducción de la dosis de radiación es importante cuando se explora a pacientes jóvenes, la preocupación por la exposición a la radiación es menor en los pacientes de edad avanzada. Dado que la función renal se deteriora con la edad, puede ser de mayor relevancia reducir la carga de agente de contraste en esta población.
- actualmente, los agentes de contraste más utilizados para la TC son el yodo (intravenoso) y el bario (oral), Sólo los agentes de contraste yodados intravenosos pueden proporcionar concentraciones molares lo suficientemente altas como para afectar a la atenuación de los rayos X y al contraste tisular. Chen et al (55) demostraron que, con concentraciones molares similares de gadolinio y yodo, la señal (en términos de la relación entre la diferencia de señal al cuadrado y el ruido normalizada por la dosis cutánea) con gadolinio es de tres a 10 veces mayor que con yodo Sin embargo, las dosis clínicamente aceptables de gadolinio son inferiores a las dosis de yodo.
- La TC con conteo de fotones puede dar como resultado imágenes virtuales sin contraste más realistas en comparación con la energía dualCT debido a su separación espectral mejorada (23).