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Raio X e Tomografia
ComputadorizadaProcessamento de Imagens e Sinais Biológicos
Aluno: Diego Cordeiro Barboza
Professora: Aura Conci
04/2010
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Sumário
• Introdução• Descoberta• Geração• Imagens com Raio X• Tomografia Computadorizada• Tipos• Aplicações•
Riscos• Conclusão• Referências
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Introdução
• Raios X são emissões eletromagnéticasde natureza semelhante à luz visível
• Descoberta do Raio X em 1895
por Wilhelm Conrad Röntgen• Recebeu este nome por ser um tipo de radiação
desconhecido na época• A aplicação para a visualização do interior do
corpo humano foi reconhecida quase queimediatamente e é, até hoje, um dos meios maisusados para aquisição de imagens médicas
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Descoberta
• Ocorreu quando Röntgen estudava ofenômeno da luminescência produzida porraios catódicos num tubo de descarga de gás
(tubo de Crookes)
• O dispositivo era armazenado em uma caixade papelão negro em uma sala escura
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Descoberta
• Quando uma corrente elétrica era fornecidaaos elétrons do tubo, uma folha recoberta deplatinocianeto de bário começava a brilhar
• Diversos testes foram feitos com materiaisopacos à luz visível, mas eles somenteatenuavam a irradiação desconhecida, não a
eliminavam
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Descoberta
• Testes foram feitos com a mão daesposa de Röntgen, o que reveloutoda sua estrutura óssea interna
• Ele percebeu que a exposiçãocausava vermelhidão da pele,ulceras e empolamento
• Em casos mais graves lesõescancerígenas, morte das células eleucemia
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Geração
• Raios X são produzidos quando elétronsacelerados emitidos pelo catodo se chocam comum alvo metálico (anodo de tungstênio)
• Ao atingir o alvo, os elétrons desaceleram eperdem a energia cinética, cedendo energia aoselétrons do anodo, gerando energia térmica eradiação Raio X
• Este evento, chamado Bremsstrahlung (radiaçãode freio), ocorre quando um elétron atinge umnúcleo e sua energia cinética é transformada emfótons de Raio X
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Geração
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Geração
• O comprimento de onda gerado depende de nívelde energia: – Alto nível de energia = ondas curtas – Baixo nível de energia = ondas longas
• É possível filtrar a radiação usando placas demetal de diferentes espessuras
Onda Curta Onda Longa
Absorção Alta Baixa
Resolução Alta Baixa
Dano aos tecidos Baixo Alto
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Geração
• Raio X suave:
– Potencial de aceleração < 60 kV
– Usado para tecidos moles
– Exemplo: mamografia
• Raio X rígido:
– Potencial de aceleração > 100kV
– Usado para tecidos duros
– Exemplos: ossos e contrastes artificiais
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Imagens com Raio X
• A quantidade de energia transmitida atravésdo meio biológico tem de ser convertida paraalgo perceptível ao ser humano
• Para a melhor qualidade de imagem, oequipamento tem que ser otimizado paraobter a melhor resolução e contraste para o
tecido de interesse e ao mesmo tempominimizar os danos por radiação ao paciente
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Imagens com Raio X
• A exposição depende:
– Das configurações de operação do tubo
– Da geometria do sistema de imagens
– E do tempo de exposição
• A penetração na anatomia depende dascaracterísticas dos tecidos atingidos
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Imagens com Raio X
• O contraste entre objetos de interesse é deenorme importância para a detecção dedetalhes na imagem. Ele é altamente
dependente de características do filme• A resolução é determinada pela geometria do
sistema de imagens - a distância entre a
origem dos raios e o paciente e o filme
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Imagens com Raio X
• A imagem por Raio X é formada pela atenuaçãodo raio através do tecidos
• O coeficiente de atenuação (ou de absorção) é
definido pela mudança proporcional naintensidade da radiação
• Diferentes tipos de tecidos têm diferentes valores
de atenuação• Esta diferença é o que permite o uso do Raio X
para a geração de imagens de sistemas biológicos
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Imagens com Raio X
• A energia da formação do raio deve serescolhida de acordo com a área de interesse
• A atenuação é obtida calculando a diferençaentre a energia emitida e a recebida
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Imagens com Raio X
• Radiolúcido:
– Meio transparente ao Raio X
– Alta exposição do receptor
• Radio-opaco:
– Meio impenetrável ao Raio X
– Baixa exposição do receptor
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Imagens com Raio X
• Um método bastante primitivo é o uso de umfilme fotográfico
• O Raio X é usado para oxidar o brometo de pratacontido no filme
• A quantidade de exposição determina o nível deoxidação
• Após a exposição, uma imagem de alto contrasteem escala de cinza é gerada
• Usado para distinguir entre pulmão, ossos etecidos moles
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Imagens com Raio X
• Outro método é a fluorescência induzida peloRaio X
• A luz emitida pelo material fluorescente ao seratingido pelo Raio X é capturada por umacâmera
• Pode ser vista como uma imagem estática ou
contínua, em tempo real
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Imagens com Raio X
• O fluoroscopia é usada em procedimentosinvasivos, como a inserção de uma agulha oucateter
• Outros usos incluem angioplastia e algunstipos de biópsia, como do pulmão, seios, rins,fígado e ossos
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Imagens com Raio X
• Contrastes podem ser usados para melhorar aqualidade da imagem
• Estes agentes podem ser radiolúcidos ouradio-opacos
• Sulfato de bário, por exemplo, é usado paraimagens gastrointestinais
• Alguns tipos de contraste podem ser nocivos
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Imagens com Raio X
• A qualidade da imagem pode ser melhoradaatravés de um pós-processamento
• Mas o desejável é obter a melhor qualidadedurante a aquisição
• Problemas:
– Tamanho do feixe de Raio X, a fonte, artefatos
advindos de movimento, e ruído quântico
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Imagens com Raio X
• As principais fontes de artefatos demovimento são o batimento cardíaco e arespiração
• Uma forma de minimizar é reduzir o tempo deexposição, o que implica na necessidade deuma dosagem maior
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Imagens com Raio X
• O ruído quântico é advindo da natureza dageração do fóton de Raio X
• Aumentar a força do sinal é uma solução, noentanto isto aumenta o risco de dano ao DNApela radiação
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Tomografia Computadorizada
• Qualquer exame radiológico que permitavisualizar as estruturas anatômicas na formade cortes
– Houaiss, 2006
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Tomografia Computadorizada
• Funciona com o mesmo princípio do Raio X
• Uma ampola (para a geração dos raios) e umconjunto de sensores (para a recepção) são
rotacionados ao redor do meio biológico• As capturas em diversos ângulos formam uma
imagem
•
O método tradicional forma uma sombra domeio, a tomografia permite reproduzir osobjetos em três dimensões
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Tomografia Computadorizada
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Tomografia Computadorizada
• A captura é feira através de uma série depequenas rotações
• As informações de atenuação são gravadaspara um plano de interesse
• Um algoritmo processa os dados para formaruma imagem 2D
• A combinação destas imagens pode gerar avisualização em 3D
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Tomografia Computadorizada
• A exposição do paciente é relativamente alta
• O tempo de exposição é alto em função doprocesso da aquisição de dados em váriasdireções
• A tomografia computadorizada é melhor queo Raio X para a identificação de tecidos moles
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Tipos
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Tipos
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Tipos
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Tipos
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Tomografia Computadorizada
• A combinação de camadas e pontosadjacentes permite realizar uma interpolaçãoe aumentar a precisão através do
reconhecimento de padrões• A combinação das camadas em 2D permite a
visualização volumétrica da estrutura interna
dos tecidos
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Aplicações
• Tumores
• Visualização de obstruções coronárias
• Ossos quebrados
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Aplicações
• Visualização de obstruções coronárias
– Num ataque cardíaco, os vasos coronários sãoobstruídos
– Com a ajuda de um contraste injetado nas artériascoronárias, é possível visualizar estes vasos
– Assim é possível visualizar que o sangue não
chega a uma determinada área ou uma umestreitamento dos vasos
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Aplicações
• A Tomografia Computadorizada é melhor queo Raio X convencional para a detecção detumores, oferecendo maior resolução e
informações volumétricas• No entanto , o procedimento tem sido
substituído pela ressonância magnética,
devido à maior resolução deste método e porele não causar danos aos tecidos
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Aplicações
• A Tomografia Computadorizada pode serusada para uma visualização completa, emtrês dimensões, do corpo humano
• Esta imagem pode ser usada para investigarproblemas em todo o corpo, sendo um grandecandidato para um check-up completo
• O revés é a alta dosagem e o tempo deexposição, que pode ser maléfico aos tecidos
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Aplicações
• Raios X não são eficientes para detecção de:
– Tecidos moles
– Metástase no fígado
– Câncer de cólon
– Infecções
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Riscos
• A interação entre os Raios X com moléculas eátomos do corpo biológico pode causar a ejeçãode elétrons pelo fóton, criando um par de íons
•
Os íons são instáveis e podem resultar nosurgimento de radicais livres
• Os radicais livres podem danificar a estrutura doDNA, o que pode reduzir o tempo de vida das
células e causar mutações• A maior parte das complicações advindas dos
Raios X são cancerígenas
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Conclusão
• O uso de Raios X é vantajoso por serrelativamente barato e oferecer grandecontraste entre tecidos moles, ossos e
pulmões• Não é bom para distinguir discrepâncias entre
tecidos moles
• O dano por radiação é uma grandedesvantagem
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Referências
• K. Najarian and R. Splinter, Biomedical Signaland Image Processing
• Alex A.T. Bui, Ricky K. Taira (eds.),Medical
Imaging Informatics
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Referências
• Física Moderna –
Raios X – http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod05/
m_s01.html
•
Wikipédia: – http://pt.wikipedia.org/wiki/Raios_X
– http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray
•
Como tudo funciona –
Como funcionam osraios X: – http://ciencia.hsw.uol.com.br/raios-x.htm
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Referências
• RadiologyInfo–
Chest Radiografy – http://www.radiologyinfo.org/en/info.cfm?pg=ch
estrad
•
Knol - História da Radiologia – http://knol.google.com/k/hist%C3%B3ria-da-
radiologia#
• Vendo o Invisível – http://www.youtube.com/watch?v=5ysXFsEDbsU
– http://www.youtube.com/watch?v=MyVHib9jSbc
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Raio X e Tomografia
ComputadorizadaProcessamento de Imagens e Sinais Biológicos
Aluno: Diego Cordeiro BarbozaProfessora: Aura Conci
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