A Tomografia Computadorizada (TC) tem seu princípio físico baseado nos raios X (RX), tendo suas primeiras aplicações clínicas ainda no início da década de 70. Sua idealização foi decorrente da dificuldade de documentar uma estrutura oculta dentro da cavidade craniana.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 122 de 2007.
A invenção do método é atribuída a Godfrey N. Hounsfield. um engenheiro inglês que em 1973 apresentou os primeiros resultados clínicos, juntamente com o neuro-radiologista Ambrose. Um médico sul-africano, chamado Allan Cormack, chegou às mesmas conclusões, sendo que eles foram agraciados com o prêmio Nobel de Medicina.
O aparelho consiste em uma fonte de raios X que é acionada ao mesmo tempo em que realiza um movimento circular ao redor da estrutura que esteja sendo examinada no paciente. No lado oposto a essa fonte está localizada uma série de sensores que transformam a radiação em sinais elétricos que, posteriormente, são convertidos em imagens digitais. Uma cama onde o paciente é colocado se desloca no eixo longitudinal, posicionando o paciente de forma a gerar a imagem da estrutura que está sendo examinada (figura 1). As imagens geradas caracterizam-se por `latias" da estrutura que está sendo examinada.
A parte do aparelho onde o paciente "entra" recebe o nome de gantry. Em aparelhos mais modernos o gantry tem o formato de C. para pacientes com claustrofobia, e sua abertura varia de 50 a 70 cm. O princípio básico da TC é a reconstrução de uma fatia (slice), sem sobreposição, através de múltiplas radiografias planas tomadas ao redor da periferia do paciente, deslocando o feixe de raios X no plano axial do paciente e registrando as imagens que irão compor os cortes necessários.
Um plano de estudo irá definir o local da estrutura que está sendo estudada, assim é importante sabermos como são definidos os planos no corpo humano, os planos básicos estão representados na figura 2.
De maneira simplificada, podemos dizer que a TC é uma técnica de "medir densidade". A imagem é construída em função de valores resultantes de densidade, obtidos pela passagem de um fino feixe de raios X que atravessa o paciente (figura 3a). Parte dos raios X emitidos é absorvida pelo paciente e outra parte o atravessa e atinge um sensor. Comparando o valor que atinge este sensor com o valor emitido, é possível calcular o quanto foi absorvido no trajeto do feixe de raios X.
Como a densidade de um tecido é proporcional à absorção de raios X, podemos calcular a densidade do conjunto de tecidos na reta que acabou de ser exposta. Cada valor de densidade corresponderá a um pequeno cubo ou paralelepípedo de tecido que é denominado voxel (elemento de volume µ), representado na figura 3b.
Em seguida serão calculados os valores das intersecções entre as linhas e colunas desta matriz, obtendo um "mapa de densidades" da região estudada, que corresponderá a um "corte" com espessura proporcional ao ajuste do raios X utilizado (figura 3c).
O sistema todo é deslocado e a operação repetida, gerando as várias imagens (cortes) e um conjunto de imagens que permitirão ao sistema computador montar uma matriz de valores de densidade, proporcionando desta forma a Tomografia Computadorizada.
O processo pelo qual se recupera a imagem de um corte axial é conhecido como reconstrução. Este algoritmo interpola os vários elementos de volume, reconstruindo a imagem. O procedimento é realizado com o paciente parado, deitado na mesa de exame para realizar as imagens dos cortes. Terminado o corte, o paciente é deslocado e o corte seguinte é realizado no plano de estudo. A definição do plano é uma importante variável - figura 4.
A espessura do corte é dada pela abertura do colimador e varia de 1 mm (ouvido, etc.) a 10 mm (abdome, cérebro, etc.), podendo ser ajustada para estruturas intermediárias. O deslocamento da mesa determinará se vai ocorrer intervalo entre os cortes, superposição ou nenhum dos dois. Assim se usarmos cortes de 9 mm e deslocarmos o paciente 9 mm, os cortes serão contíguos, e se cortarmos com 8 mm e deslocarmos 10 mm haverá intervalo de 2 mm entre os cortes, ou se cortarmos com 3 mm e deslocarmos 2 mm teremos superposição.
Características
Com base no modelo inicial de Hounsfield, os equipamentos evoluíram para se tornar cada vez mais rápidos e precisos. Cada avanço técnico significativo se denominou uma "geração".
Os equipamentos de primeira geração, fabricados pela empresa à qual Hounsfield pertencia, se caracterizava por uma ampola de raios X (anodo fixo) com feixe linear e um sensor. Ambos racionavam na mesma velocidade angular (figura 5a), produzindo os cortes necessários. Como o tempo de corte era de 5 minutos, um exame com 10 cortes demorava 50 minutos, no mínimo.
Os equipamentos de segunda geração possuíam ampola de anodo rotatório, com feixe de raios X em leque com cerca de 30 sensores, movimento solidário de translação-rotação de 30° (figura 5b). Com estes avanços, o tempo de corte foi reduzido para 10 a 90 segundos. Porém, mesmo com a redução do tempo. a qualidade da imagem não acompanhava esta velocidade e o estudo das imagens era feito ainda de maneira precária.
Com os equipamentos de terceira geração, houve a verdadeira revolução do método. Eram equipamentos com ampola de anodo rotatório com feixe em leque com cerca de 288-700 sensores, com movimento de rotação de 1800 ao redor do paciente, sem deslocamentos laterais (figura 5c), reduzindo o tempo de corte para 1 a 5 segundos.
Os de quarta geração possuíam ampola de anodo rotatório com feixe em leque e cerca de 2000 sensores fixos onde a ampola rotacionava 360° (figura 5d), seu tempo de corte era de até 1 segundo.
Os equipamentos de quinta geração, além de muito rápidos, eliminaram as partes móveis, rotacionado magneticamente um feixe de elétrons que colide com um anel de tungstênio, produzindo um feixe de raios X que pode se deslocar angular mente em 210°, na direção oposta do anel de geração de raios X. Estes aparelhos demoram cerca de 50ms para gerar uma "fatia" (figura 6).
Tomografia helicoidal
Equipamento de giro contínuo ou tecnologia slip-ring, na qual a transmissão da corrente elétrica se dá pelo próprio trilho onde "corre" a ampola de raios X e os sensores, possibilitou a eliminação de fios. A energia elétrica é transmitida por escovas, permitindo um giro livre dos equipamentos. A partir deste avanço, os equipamentos puderam realizar cortes mais rápidos e permitiram o chamado corte helicoidal (figura 7).
Nesta técnica a ampola gira e emite RX ao mesmo tempo em que a mesa é deslocada e a imagem obtida a partir de uma espiral ao invés de um círculo; a imagem não muda, o computador interpola parte da imagem de uma espira com parte da seguinte, formando uma imagem como a do corte circular.
Imagem
Para maximização de contraste da imagem, os sistemas de tomografia realizam uma mudança de variáveis nas grandezas representadas em escalas de cinza para mostrar as densidades dos tecidos e das estruturas. Não é utilizada uma representação sobre os coeficientes de absorção pontuais de radiação (µ), mas sim a sua variação em relação ao coeficiente da água.
O zero foi escolhido como sendo o valor da água. -1000 o ar, e +1000 o osso cortical. A partir destes valores biológicos padrões, todas as estruturas puderam ser proporcionalmente quantificadas em unidades de densidade relativas ao padrão, chamadas de Unidades Hounsfield (UH) ou como CT numbers", como preferem alguns autores. Veja a seguir alguns exemplos de densidades:
Plasma = 24 a 29 UH
Sangue = 50 a 60 UH
Rim = 20 a 40 UH
Pâncreas = 25 a 55 UH
Baço = 35 a 55 UH
Fígado = 45 a 75 UH
A tomografia apresenta contrastes diferentes para estruturas moles e duras como visto na figura 8. Esta característica, juntamente com a capacidade de representação de estruturas na direção de propagação dos raios X. caracteriza a tomografia com uma técnica de diagnóstico por imagem.
Por intermédio da escala de TC number, os tecidos são representados com tonalidades diferentes como mencionado. O usuário do equipamento ajusta livremente o TC number de forma a possibilitar a máxima visualização da estrutura avaliada pelo corpo clínico.
A seleção de tons de cinza recebe o nome de window width e seu valor médio recebe o nome de levei. Utilizando setups de ganho e offset do TC number, pode-se alterar o contraste e o brilho das estruturas escolhidas.
Algumas variáveis podem influenciar na qualidade da imagem de tomografia, entre elas temos: dose de radiação utilizada, algoritmos de reconstrução de imagem, tamanho da matriz de imagem digital, etc.
Em qualquer exame que envolva radiações, é importante ter controle da radiação a que o paciente será exposto e, se possível, limitar a radiação apenas à estrutura que será avaliada. Uma característica importante da Tomografia Computadorizada é que a colimação do feixe de raios X limita a exposição de radiação em áreas que não são de interesse, evitando assim a exposição desnecessária.
A dose de exposição de uma tomografia é de 0,5 a 2 rads, podendo chegar até 12 rads em procedimentos que envolvem cortes finos da coluna vertebral.
Conclusão
A tomografia computadorizada, pelas características apresentadas. é um procedimento de grande importância para as atividades de exame e diagnóstico. Esperamos que o leitor tenha ampliado seu conhecimento sobre este assunto e seu fascinante universo tecnológico. Até a próxima.
