ATLAS DE NEUROTOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

Priscila Crisfir A. Diniz*, Igor L. C. Matos* João B. Destro Filho*, Wilson F. Pereira**

Universidade Federal de Uberlândia – UFU *Faculdade de Engenharia Elétrica – FEELT, Laboratório de Engenharia Biomédica e Automática – BIOLAB

**Instituto de Ciências Biomédicas – ICBIM, Laboratório de Neurociências - NEUROLAB Uberlândia – MG

priscilacrisfir@gmail.com

Resumo – O atlas de neurotomografia

computadorizada está em desenvolvimento para auxiliar

os estudantes ligados a área biomédica na familiarização

com o equipamento e na interpretação de exames de

tomografia computadorizada (TC). Com esse objetivo, foi

coletado e organizado um material explicativo detalhando

o funcionamento de uma máquina de TC, a formação e

captura de imagens neurofisiologia e ainda interpretações

de algumas imagens geradas pela tomografia

computadorizada. Esta iniciativa complementa o atlas

neuroanatômico clássico, embasado em fotografias de

peças (partes do corpo humano) reais.

Palavras-Chave – Neuroimagem, Neurofisiologia,

Tomografia Computadorizada.

ATLAS OF COMPUTER-TOMOGRAPHY OF

THE BRAIN

Abstract - The computer-tomography (CT) brain-atlas

is under development in order to assist students and

professors of biomedical area to study basic concepts of neuroanatomy and CT, as well as to get familiar with

image interpretation. A clarifying material was then

prepared and organized, providing details and current

information on the CT scan machine, image formation,

neuroanatomy, data interpretation. Our effort may be

considered complementary to the classical

neuroanatomical atlas, based on photographs of real human-body parts.1

Keywords – neuroanatomy, images of the brain, CT

Scan.

I. INTRODUÇÃO

O Atlas neuroanatômico clássico é um recurso muito

utilizado para o aprendizado de estudantes, onde se reúne material ilustrativo com fotos de peças reais e figuras comparativas da anatomia humana. Estes são disponibilizados em forma de textos impressos, CD ou ainda em sites [1]. A utilização do atlas neuroanatômico é crescente, devido ao tempo e recursos bastante escassos, pois

para o estudo convencional é necessário peças reais para uma pequena quantidade de estudantes.

Com o uso de recursos computacionais, tornam-se evidentes duas exigências fundamentais: primeiro, apresentar a informação gráfica previamente na forma mais próxima à realidade que o estudante enfrentará; segundo, proporciona ao estudante situações reais para as quais o reconhecimento prático dos elementos anatômicos é exigido, envolvendo interpretar um fenômeno biológico, levar a uma diagnose e estabelecer uma ação terapêutica. [1]

O atlas de neurotomografia computadorizada é uma ferramenta que está sendo desenvolvida para auxiliar estudantes no aprendizado à visualização e identificação de patologias e normalidades do cérebro.

Para familiarizar o estudante com o equipamento de tomografia computadorizada (TC), será detalhado o processo ocorrido a partir do momento em que o paciente é colocado na maca até a geração da imagem na tela do computador.

Posteriormente, serão mostrados alguns exames de pacientes no estado normal, fazendo comparações com fotos reais e identificações das partes visualizadas.

II. MATERIAIS E MÉTODOS

A tomografia computadorizada foi criada por Godfrey

Houndsfield e Allan Cormack em 1972, que receberam o prêmio Nobel de Medicina de 1979 [2]. A máquina de TC possui uma ampola que emite os Raios X e gira totalmente em volta do corpo do paciente, havendo também um complexo conjunto de detectores de Raios X que vai simultaneamente recolhendo esses raios do lado oposto à ampola, como mostra a Figura 1.

A intensidade dos Raios-X que atinge um detector é convertida em um sinal digital denominado "varredura" do feixe, veja a Figura 2. Os Raios X recolhidos pelos detectores são variavelmente atenuados pelo corpo do paciente, cuja variação na densidade dos diversos tecidos corpóreos permite passar maior ou menor quantidade de raios [3].

Fig. 1 – À esquerda representação da ampola de raios-X e da placa detectora; À direita o aparelho de TC. [3]

Os fótons são coletados por um cristal cintilador ou uma

fotomultiplicadora, que convertem a energia incidente em corrente elétrica, proporcional à energia dos fótons de raio-X incidentes.

Fig. 2 Raios incidentes coletados, formando uma imagem como

um corte transversal. [4]

Cada corte é subdividido em uma matriz de 512x512 elementos de volume (voxeis), cada um tipicamente com dimensão de 0.5*0.5*10 mm. A imagem é reconstruída por um computador como a matriz correspondente de 512x512 pixeis. O brilho ou escala de cinza de cada pixel da imagem representa o coeficiente de atenuação linear média µ do tecido do voxel correspondente.

O coeficiente de atenuação linear média de cada pixel é comparado com o coeficiente da água, definindo um número denominado coeficiente de Hounsfield, CH.

aat µ/)µµ(1000 −=CH (1)

Onde : µt – coeficiente de atenuação linear médio µa – coeficiente da água A água é utilizada como referência porque seu coeficiente

de atenuação é similar ao dos tecidos moles, e é um material fácil de se obter para calibrar os aparelhos. O coeficiente 1000 é utilizado para obter números inteiros.

O número CH, ou coeficiente de Hounsfield, é definido como -1000 para o ar e 0 para a água. Para os tecidos em geral, ele depende da energia do feixe empregado. Por exemplo, para 80 keV de intensidade, se o coeficiente de atenuação linear típico de ossos é de 0,38 cm-1, e da água 0,19 cm-1, o número CH dos ossos é de +1000. Pode ser ainda maior para ossos corticais. Estes valores também variam de aparelho para aparelho, já que os coeficientes dependem da distribuição de energia do feixe. Por

convenção, altos valores de CH são convertidos em branco, e, baixos, como preto. [3]

Na tomografia computadorizada mais comum, um tubo com um feixe de cerca de 0,6 mm de diâmetro gira em torno do paciente, e emerge deste último sobre um detector com aproximadamente 700 sensores, que convertem a intensidade em uma corrente. Cada pulso de raio-X dura 2 a 3 ms, completando uma volta em cerca de 1 s. Cada 360º gera 300 somas.

Cada vez que o tubo emite um pulso, cada detector mede o logaritmo da intensidade que recebe. Este valor representa a soma de todos os números CH dos voxeis atravessados pelo raio, completando uma projeção. Cada voxel é atravessado pelo feixe em diferentes direções, durante a rotação do anel. O número CH de cada voxel está, portanto representado em várias somas. [3]

Na reconstrução da imagem, em princípio, temos 256x56 voxeis e 700x300 somas e, portanto equações simultâneas suficientes para resolver o valor CH de cada voxel. Através de um computador, estas equações podem ser resolvidas quase em tempo real [2].

O processo de reconstrução de imagens assume que a energia do feixe é constante para todos os voxeis, mas um tecido de alta atenuação fará com que a distribuição de energia do feixe para os voxeis subseqüentes seja mais restrita, já que somente os raios mais energéticos passarão. O algoritmo de reconstrução precisa levar em conta este efeito.

Os detectores são cintiladores, originalmente um cristal de iodeto de sódio, acoplado a uma fotomultiplicadora que necessita de uma fonte de alta tensão altamente estabilizada. Os novos cintiladores utilizam iodeto de césio, fluoreto de césio, tungstato de cádmio, ou germanato de bismuto, que têm brilho prolongado (afterglow) reduzido. As fotomultiplicadoras têm sido superadas por fotodiodos, que não carecem de fonte de alta voltagem. A resolução, afetada pela espessura do feixe, número e tamanho dos detectores, e espaçamento entre os detectores, é da ordem de 1 par/mm .

A qualidade da imagem pode ser testada com um vaso de água, para calcular o número CH e também o desvio padrão médio. O ruído aumenta com a redução do número de fótons observados e, portanto aumenta com pacientes mais obesos, e quando o feixe atravessa materiais muito opacos, como próteses. A resolução pode ser avaliada utilizando-se uma placa de Perspex com buracos de diferentes tamanhos e profundidades cheios de água, que testam os diferentes contrastes. Contraste de uma imagem é a amplitude das variações dos níveis de cinza de uma imagem. Uma estrutura será somente detectada se seu contraste com o meio for maior do que 3 a 5 vezes o ruído. Quanto maior for a estrutura, melhor é a resolução em contraste. [2] [3]

Para apresentar a imagem em uma tela, os dados são convertidos através de um conversor digital-analógico em uma voltagem que controla o feixe de elétrons do monitor, modulando o brilho da mancha de luz que aparece na tela.

Os valores digitalizados podem ser manipulados em várias formas antes de serem apresentados na tela. Como o olho humano só consegue notar 32 níveis distintos de cinza em um monitor, os valores de intensidade podem ser re-escalonados, ou re-mapeados, para otimizar os valores de contraste e brilho dos tecidos e áreas de interesse.

O exame de TC é feito inicialmente sem contraste, e posteriormente é aplicado contraste e repetido todo o processo. As imagens antes e depois da ingestão do contraste

são registradas, isto é, deslocadas para que os mesmos pixeis se correspondam, e então subtraídas pixel a pixel. A imagem resultante é somente dos vasos sanguíneos com contraste.

III. RESULTADOS

Todas as imagens de TC mostradas a seguir são exames

disponibilizados pelo Laboratório de Neurociências, ICBIM/UFU, para o desenvolvimento do atlas .

A primeira imagem visualizada pela TC está mostrada na Figura 3, nela tem-se a visão lateral do crânio cortada por linhas tracejadas, cada linha representa a posição em que será feito o corte transversal.

Fig. 3 – Visão lateral com posição dos cortes

Na figura 4 é mostrado o corte representado pela linha

mais superior da Figura 3.

Fig. 4 – Corte 18 (com referência à Fig. 3)

Na Figura 4 nota-se disposto de cima para baixo o lobo

frontal, o corpo caloso, o sulco central, o lobo occipital e a foice cerebral, sabendo que este corte é de um paciente no estado normal, pode-se notar uma certa simetria do lado

direito e esquerdo do cérebro, sendo possível visualizar as fissuras mais externas. Na Figura 5 tem-se uma foto comparativa com peça real para melhor visualização.

Na Figura 6 é mostrado o corte 15 da Figura 3. Consegue-se visualizar o rostro de corpo caloso, o cepto pelúcido, o ventrículo lateral, os plexos coróides calcificados, o esplênio do corpo caloso, a foice cerebral e o seio sagital superior.

Já na Figura 7 tem-se o corte 12, onde se visualiza com clareza o seio frontal, o lobo frontal, o ramo comunicante anterior, a artéria cerebral anterior e a media, artéria carótida interna, lobo temporal, III ventrículo, mesencéfalo, artéria cerebral posterior e lobo occipital.

Fig. 5 – Foto real do cérebro – Visão superior

Fig. 6 – Corte 15 (com referencia à Fig. 3)

Em comparação com as Figs. 6-7 anteriores, apresenta-se

a Figura 8, que é uma foto interpretada de uma peça real, mostrando as partes detalhadas da vasculatura do cérebro.

Fig. 7 – Corte 12 (com referencia à Fig. 3)

Fig. 8 – Foto real detalhando a vasculatura

Na parte superior da Figura 8 tem-se os números 8, 6, 7 e

10; indicando nessa ordem o nervo óptico, artéria cerebral média, artéria cerebral posterior e artéria cerebelar superior. Já na parte inferior da foto, respectivamente tem-se os números 9, 5, 4, 3, 2 e 1; indicando o bulbo olfatório, a artéria comunicante anterior, as artérias cerebral anterior, a carótida interna, a comunicante posterior e a basilar.

Na Figura 9 visualiza-se o corte 9 devendo-se, notar que quanto mais baixo o corte, mais detalhes são percebidos. Nessa figura vê-se o seio frontal, a crista gali, o giro frontal, o pitério, o lobo temporal, o seio esfenoidal, a artéria basilar, a ponte, as células aeradas da mastóide, o cerebelo, o processo mastóide, o dorso da sela túcica, a sela túrcica e o canal óptico.

Fig. 9 – Corte 9 (com referencia à Fig. 3)

IV. CONCLUSÂO Um atlas de neuroanatomia clássica discute conceitos e

estruturas baseado nas fotografias reais das Figuras 5 e 8. Contudo, a prática clínica necessita de um estudo apropriado que não é de acesso a todos os estudantes, em particular na área neurológica.

Além disso, o atlas de neurotomografia detalha todo o processo ocorrido para aquisição de imagens na TC, bem como a interpretação de alguns resultados obtidos com essa técnica. Os recursos para o aprendizado desta são escassos. Organizando as fotos (Figs. 5 e 8) com as respectivas tomografias (Figs. 3, 4, 6, 7, e 9) em um mesmo atlas, tem-se então uma ferramenta de grande importância para estudantes da área. Esse recurso tem impacto positivo no rendimento dos estudantes, mas não substitui as aulas teóricas.

V. REFERÊNCIAS

[1] INZUNZA, O.; BRAVO H.. Animación Computacional de Fotografías, un real aporte al aparendizaje práctico de Anatomia Humana. Revista Chilena de anatomia, v.20, n.2, p.151-157. 2002. [2] BERGER, S. A.; GOLDSMITH, W.; LEWIS, E. R.. Introduction to bioengineering. Oxford: Oxford, 2003. Cp. 12 ‘Medical Imaging’ Thomas F. Budinger. [3] INTELIGÊNCIA, Instituto da. Imagens da mente. Disponível em: <http://neuroimagens.blog.com/>. Acesso em: 15 jan. 2007. [4] MEDICINE, Buenos Aires Internetional. Tomografía por Emisión de Positrones. Disponível em: <http://www.baimnet.com.ar/pet.html>. Acesso em: 01 fev. 2007.