consideraciones generales previas a la tomografia computerizada

CONSIDERACIONES GENERALES PREVIAS A LA
TOMOGRAFIA COMPUTERIZADA
0. INTRODUCCIÓN
Supongamos un haz de rayos X, cuya intensidad de radiación inicial tiene un valor
de I0, al que le hacemos pasar a través de un medio homogéneo de espesor z, éste
actuará como atenuante o filtro del haz ya que reducirá el valor de la intensidad inicial
de dicho haz.
Dependiendo del grosor del atenuante, de su número atómico y de la energía
de los fotones, la atenuación será mayor o menor.
I0
HAZ INCIDENTE
OBJETO
I
HAZ EMERGENTE
(atenuado)
1. INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON EL PACIENTE
Dependiendo del tejido irradiado, la radiación se absorberá más o menos. Para
comprender mejor la incidencia de la radiación proyectada sobre el paciente vamos a
ver un ejemplo con la luz visible.
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La luz visible es una radiación de baja energía, de forma que si hacemos incidir la
luz visible sobre diversos objetos el comportamiento de dicha radiación puede ser muy
diferente: transparencias (transmisión de la radiación), opacidad (absorción),
atenuación, dispersión y reflexión.
Foco de luz
TRANSPARENCIA
Vidrio de ventana
(Transmisión de la
radiación)
ABSORCIÓN
Foco de luz
Cartón
ATENUACIÓN
Foco de luz
(transmisión parcial)
Gafas de sol
REFLEXIÓN
Foco de luz
Espejo
Si trasladamos esta idea en imagen para el diagnóstico, cuando proyectamos un
haz de Rayos X sobre un paciente, cada trayectoria rectilínea de radiación va
atravesando sucesivamente una serie heterogénea de tejidos en los cuales pueden
ocurrir los siguientes fenómenos:
Absorción, una parte de la radiación es absorbida por los átomos de los
tejidos.
Transmisión o atenuación, otra parte de la radiación es transmitida a
través del paciente y es la que recibimos sobre la película o cualquier
sistema de registro de imagen.
Dispersión, parte de la radiación absorbida es emitida por el tejido radiado
en todas las direcciones.
Reflexión, ocurre cuando la radiación no es absorbida, de tal forma que un
rayo perpendicular se refleja en la misma dirección pero en sentido
opuesto. Los rayos no perpendiculares se reflejan en otra dirección. Dada
la gran energía de los Rayos X, este aspecto es despreciable y no se
considera en radiografía.
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Foco
Haz de Rx (↑ Energía)
Absorción
Transmisión
Película
2. CAUSAS DE LA DISTRIBUCIÓN DE
IMPORTANCIA EN RADIODIAGNÓSTICO
LA
RADIACIÓN
Y
SU
Los factores que influyen en la distribución de la radiación son:
1. Densidad del tejido, que atraviesa la radiación (g/cm3). A mayor densidad de
la materia a atravesar, mayor es la absorción y por tanto menor es la capacidad
de la radiación para atravesar el tejido y llegar hasta la placa o cualquier
sistema de registro, es decir, menor penetración.
2. Nº atómico, a mayor nº atómico, mayor será la absorción.
3. Espesor de los tejidos atravesados, a mayor espesor, mayor absorción y
menor penetración.
4. Kilovoltaje, Es la potencia de la radiación, es un factor externo al paciente. A
mayor kilovoltaje, mayor es la potencia de la radiación por lo que la penetración
o transmisión será mayor y la absorción será menor.
La imagen radiológica se produce por los rayos X que atraviesan el cuerpo del
paciente sin experimentar interacción.
Los rayos X que no llegan a la película, representan aquellas estructuras
anatómicas que presentan una alta absorción de rayos X: es lo que llamamos
estructuras radioopacas, que darán lugar a zonas claras en la radiografía,
correspondiéndose con los huesos y otros tejidos densos.
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Por otro lado, los rayos X que penetran a través del organismo y son
transmitidos a la película sin ningún tipo de interacción producen las zonas oscuras de
la radiografía: son los que se conocen como estructuras radiotransparentes, como es
el caso del aire.
En resumen, la imagen radiológica procede de la diferencia entre los rayos X
absorbidos y los rayos X no absorbidos y esto es lo que se conoce como absorción
diferencial.
3. DENSIDADES BIOLÓGICAS
La imagen radiográfica resulta del diferente grado de atenuación o absorción de la
radiación al atravesar tejidos de diferente densidad, lo que se refleja en diferentes
tonos de grises.
En este apartado vamos a hacer una clasificación de los tejidos en función de la
densidad y el número atómico medio.
Desde el Punto de vista radiográfico, los tejidos se clasifican en 3 grupos:
1er grupo: GASES
Estos gases pueden ser aire, el resultado de fermentaciones o gases producidos
en el metabolismo. La densidad media de los tejidos es de 1 mg/cm3 .Los gases
transmiten casi totalmente la radiación que incide, la absorción es casi nula. El aire
(densidad aire) apenas atenúa la radiación X y proporciona la imagen más radiolúcida
al impresionar intensamente la película. En la imagen sale negro.
2º grupo: TEJIDOS BLANDOS
Formados por principalmente por agua, proteínas y grasas. La densidad media de
estos tejidos es de 1- 1,05g/cm3. Los tejidos blandos sólo absorben algo de radiación.
En la imagen se ve gris, dependiendo el tono de gris de la densidad o del grosor. El
ennegrecimiento será parcialmente proporcional a su espesor, de modo que a mayor
espesor más blanco aparecerá en la placa. Las estructuras formadas
fundamentalmente por agua (densidad agua), como los músculos, las vísceras, los
cartílagos o la sangre, atenúan menos los rayos X. Por eso alcanzan la película
radiográfica en mayor número y proporcionan una imagen gris.La grasa (densidad
grasa) absorbe menos radiación que el agua y proporciona una imagen todavía más
oscura.
3er grupo: TEJIDOS DUROS
Son los cartílagos (con una densidad media de 1,10 g/cm3), y huesos (con una
densidad media de1,8-2,2 g/cm3) En los cartílagos, la absorción será mayor que en los
tejidos blandos (se verá más claro) Los huesos (densidad hueso) absorben más rayos
X que cualquier otra estructura corporal y proporcionan una imagen radiopaca dado
que el haz de rayos que llega a la película es escaso.
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Los huesos presentan mayor absorción y en la imagen aparecen de color blanco
La intervención humana ha incorporado un cuarto grupo de METALES PESADOS
(densidad metálica) que presentan una fuerte absorción de los rayos X; se utilizan
como contrastes radiológicos, y son por ejemplo el bario, yodo y bismuto, y como
prótesis, clavos intramedulares, etc.,en la imagen muestra la máxima radiopacidad.
4. DESVENTAJAS DE LA IMAGEN OBTENIDA
CONVENCIONAL RESPECTO DE LA TAC
EN
RADIOLOGÍA
Suponiendo un foco de emisión de radiación F y dos materiales A (hiperdenso) y B
(hipodenso), y un elemento sensor (placa fotográfica fotosensible), vemos que se
producen varios efectos a tener en cuenta en la radiología convencional.
1er efecto ⇒ magnificación del objeto, debido a que dicho objeto está alejado del
elemento sensor.
Foco
A
2º efecto ⇒ efecto de encubrimiento. La imagen obtenida en radiología
convencional es una representación bidimensional de una realidad tridimensional.
Pierde la profundidad, la tercera coordenada espacial, de modo que las distintas
estructuras aparecen solapadas en la imagen y esto dificulta su diferenciación. Se
produce un encubrimiento del elemento de alta densidad sobre el de baja densidad, y
el coeficiente de atenuación resultante será la suma de los dos tejidos.
Foco
A (Hiperdenso)
B (Hipodenso)
Otra desventaja de la radiología convencional es que si la patología tiene una
densidad radiográfica idéntica a la del tejido sano que la circunda pasa
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radiográficamente inadvertida. Por ejemplo, es posible detectar un cáncer de pulmón
porque su densidad agua contrasta con la densidad aire del tejido pulmonar sano que
lo circunda, pero no es posible detectar un tumor renal, con idéntica densidad
radiográfica que el parénquima sano peritumoral.
La TC va a superar estos inconvenientes de la radiología convencional:
1. Al digitalizar la imagen aporta una valoración objetiva de la densidad
radiográfica de cada estructura, y podemos conocer también su tamaño real.
2. Los cortes tomográficos eliminan la superposición de estructuras.
5. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA TAC
En 1973, el ingeniero británico Geoffrey Hounsfield desarrolló el primer equipo de
tomografía computarizada (TC) incorporando los ordenadores a la adquisición y
procesado de imágenes médicas. Con ello sentó las bases de la imagen médica
digital.
⇒
VENTAJAS DE LA TAC
1. La TAC realiza un corte tomográfico, es decir, corta virtualmente una “rodaja”
del paciente en sentido axial (transversal), lo cual tiene la ventaja de eliminar la
superposición de las imágenes presente en la radiología convencional, donde
un paciente en una imagen en 3D se ve comprimido en las 2 dimensiones de la
placa radiográfica. Esto indudablemente mejora la calidad de la imagen.
2. El radiodiagnóstico convencional está basado en 4 densidades básicas: aire,
agua, grasa y hueso, y del juego de esta 4 densidades depende el diagnóstico
radiológico.
El hecho de utilizar el ordenador permite que con la TAC podamos identificar
un mayor número de densidades y esto mejora considerablemente el proceso
diagnóstico. De esta manera la densidad uniforme de la mayoría de los tejidos
del organismo se divide en varias densidades al estudiarlos con TC y así
podemos determinar las colecciones líquidas y las vísceras entre sí. Para la
medición de estas densidades se utilizan unas unidades denominadas
Hounsfield o nº TAC. A estas unidades se les asigna un valor arbitrario, siendo
0 la densidad del líquido, la grasa tiene valores negativos y las vísceras valores
positivos. En ambos extremos de la escala se sitúan la densidad del hueso (+)
y la densidad del aire(-)
3. Permite su procesado informático, es decir, realizar sobre ella distintas
operaciones matemáticas dado que cada píxel puede ser sumado, restado
multiplicado o dividido por un factor. En la práctica estas operaciones permiten
la aplicación de filtros que consiguen realzar el detalle, la obtención de
imágenes topográficas en los distintos ejes del espacio y la realización de
reconstrucciones tridimensionales.
4. Realizar densitometrías: al digitalizar la imagen puede cuantificarse la densidad
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de cada píxel.
5. Existe la posibilidad de alterar las densidades visibles, mediante la inyección de
contraste intravenoso. Por ejemplo, el contraste intravenoso yodado no solo
permite estudiar los vasos sanguíneos y su patología sino que al poco tiempo
de la inyección se difunde por los tejidos del organismo lo cual contribuye a
cambiar las densidades de los órganos de manera diferente.
6. Permite su almacenamiento en diferentes tipos de discos duros, ópticos,
magnéticos y otros archivos informáticos. De este modo, en un mínimo
volumen pueden almacenarse cientos de imágenes en función del tipo de
formato. El riesgo de degradación de la imagen almacenada es ínfimo, salvo
daño del soporte informático, y es posible efectuar tantas copias como sean
necesarias con las mismas características que la imagen original.
7. La información digitalizada puede ser transmitida a través de ordenadores
conectados en red, lo que permite el acceso a las imágenes desde diferentes
terminales, objetivo en desarrollo a través de los sistemas PACS (Picture
Archiving and Communications Systems). Con este sistema se puede acceder
a las imágenes desde la habitación del paciente, en el consultorio del médico e
incluso desde su casa.
⇒
DESVENTAJAS DE LA TAC
1. Su elevado coste, aunque inferior al de la resonancia magnética.
2. El uso de radiaciones ionizantes en dosis sensiblemente superiores a las de la
radiología convencional. El TAC no es doloroso pero tampoco inocuo; expone
al paciente a una irradiación considerable, equivalente a la de varias
radiografías a la vez. Por ejemplo en un TAC abdominal, se puede recibir la
radiación de más de 50 radiografías de tórax, el equivalente de radiación
natural de más de cinco años. Por tanto, aunque puede ser usada en niños,
debe tener una indicación clara, ya que estos son más sensibles a la radiación.
En las mujeres en edades fértiles y no embarazadas, si el estudio no es
urgente, se realizará en los primeros días tras la regla. En las mujeres
embarazadas, si se puede es mejor aplazar la prueba hasta después del
embarazo. Si no es posible se intentará realizarla después de pasado el primer
trimestre (período de mayor sensibilidad del feto a las radiaciones), pero si la
salud de la madre está en grave peligro y no hay prueba alternativa. Se
valorará realizarla.
3. Su incapacidad para diferenciar estructuras de igual densidad radiológica, lo
que puede resultar fundamental al valorar, por ejemplo, infiltraciones en la
médula ósea y patologías de estructuras articulares
4. Los contrastes radiológicos pueden producir reacciones alérgicas desde
moderadas a severas, incluso fatales.
6. CONCEPTOS
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1. Radiografía. Es la materialización de una sombra desde un punto de vista
fotográfico; es una imagen en blanco y negro compuesta por una gama de
grises cuyo conjunto de detalles están concentrados por una serie de bordes o
perfiles.
2. Tomografía. Es el registro de imágenes del interior del cuerpo en un plano
predeterminado mediante un tomógrafo, mientras que se produce borrosidad
de las estructuras situadas a uno y otro lado de ese plano. En la Tomografía,
como en la radiografía convencional, existen tres componentes básicos: una
fuente de rayos X, un objeto y un medio de registro (película). Sin embargo, en
el caso de la tomografía, la creación de la imagen de un solo plano focal exige
un cuarto componente: el movimiento sincrónico de dos de los tres elementos
esenciales durante la exposición. Eso se consigue moviendo la fuente de rayos
X y la película en direcciones opuestas alrededor del paciente estacionario.
3. Tomografía axial computarizada (TAC). Es el método de obtención de
imágenes en el que se constituye una imagen en un corte transversal de las
estructuras y mediante un programa de ordenador se reconstruye la imagen a
partir de la absorción de los Rayos X y los Rayos X proyectados a través del
cuerpo en el plano de la imagen.
4. TC helicoidal. Técnica de adquisición de datos en la que el tubo de rayos X
gira de manera continua mientras se produce un desplazamiento longitudinal
simultáneo de la mesa del paciente. También se denomina TAC espiral
5. Colimador. Reduce la dosis que recibe el paciente al disminuir el área de
tejido irradiado.
6. Detectores. Son sistemas que captan y reciben la radiación que sale del
paciente y la transforman, de forma que esta señal se puede medir. Estos
detectores se utilizan en tomografía de forma que el tubo que produce Rayos X
gira alrededor del paciente y los detectores están situados en el lado opuesto,
recogen la radiación que atraviesa el paciente, envían una señal y por medio
del ordenador dicha información se representa por una imagen en pantalla.
7. Bandeja o fila de detectores (detector array). Artilugio donde se encuentran
todos los detectores ensamblados, incluido el espacio entre ellos, a lo largo de
un arco, o de un anillo centrado en el eje de rotación (z), en equipos multicorte
hay varias bandejas adosadas, cuya anchura a lo largo del eje z en algunos
equipos es uniforme y en otros es desigual.
8. Scanner. Tomógrafo computerizado que recibe este nombre porque se basa
en el principio de scan o barrido exploratorio de un objeto
9. Body scanner. Son los scanner capaces de practicar tomografías de cualquier
parte del cuerpo.
10. Brain scanner. Scanner capaces de practicar solamente tomografías del
cerebro.
11. Dosis. Cantidad de radiación que el paciente recibe durante la exploración.
Cuanto menor sea el tiempo empleado en realizar la exploración menor será la
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dosis que recibe el paciente.
12. Dosis efectiva. Es la cantidad relacionada con el riesgo de inducción de
cáncer o efectos genéticos por irradiación. Se usa para caracterizar en
promedio el riesgo asociado con un examen. Se define como la suma de las
dosis equivalentes ponderadas en todos los tejidos y órganos.
13. Radiografía Convencional. Método que no utiliza computador para la
obtención de la imagen, la radiación se impresiona en la película radiográfica
que posteriormente será revelada obteniéndose una imagen visible al ojo
humano.
14. Anillos deslizantes. Permiten la rotación continua del tubo de Rayos X y de
los detectores con un movimiento helicoidal.
15. Atenuación. Es la reducción de la intensidad del haz de rayos al pasar a
través de la materia. Es la resultante de todos los tipos de interacción entre la
radiación y la materia.
16. Coeficiente de atenuación (μ). Capacidad de absorción. Es un valor
constante que va a tener cada parte del organismo dependiendo de su
densidad.
17. Radiación inicial. Es la energía que parte de la fuente de radiación.
18. Radiación atenuada. Es la radiación que traspasa al objeto o paciente (la
radiación que no se absorbe). Esta energía de atenuación es siempre menor
que la energía inicial.
19. Gantry (Carcasa). Estructura de un equipo de TC que contiene al menos el
tubo de rayos X, los colimadores y la bandeja de detectores.
20. Tubo fotomultiplicador. Tubo que recoge la luz producida por el detector y la
transforma en energía eléctrica. Esta luz es proporcional a la energía de la
radiación atenuada al atravesar el paciente
21. Señal analógica. Es una corriente eléctrica que aparece de forma variable y
representable en una gráfica.
22. Fluorescencia. Característica que poseen algunos cuerpos de emitir luz al
incidir sobre ellos los Rayos X. Esta luz es proporcional a la energía de la
radiación incidente.
23. Fluoroscopia TC. Método que muestra imágenes de TC en tiempo casi real
pues se reconstruyen varias imágenes por segundo y se muestran con un
pequeño retraso.
24. Algoritmos de reconstrucción. Procedimiento matemático usado para
transformar los datos de rayos en una imagen. Se usan diferentes algoritmos
para acentuar, realzar, mejorar o atenuar ciertos aspectos de los datos. En un
scanner que hay que resolver un sistema de 250.000 ecuaciones matemáticas
para la reconstrucción de la imagen.
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25. Artefacto. Son discrepancias sistemáticas entre los números TC de la imagen
reconstruida y los coeficientes de atenuación del objeto. A consecuencia de
ello aparecen en la imagen elementos que no están presentes en el objeto
explorado. Pueden ser debidos a múltiples causas: fallos del sistema,
movimientos del paciente, efectos físicos como el endurecimiento del haz o por
el uso de contrastes de alta atenuación o a alta concentración.
26. Contraste. Es la diferencia en la atenuación de dos zonas muy próximas.
Puede expresarse en valores absolutos o relativos.
27. Desplazamiento de mesa. En TC convencional, es la distancia recorrida por la
camilla entre cada corte. En TC helicoidal es la distancia recorrida por la mesa
durante una rotación de 360º del tubo de rayos X.
28. Distancia foco-eje. La distancia entre foco y el eje de rotación.
29. Extensión del examen. Es la longitud total de la región expuesta a la radiación
durante un examen con TC.
30. Filtro de reconstrucción. Función matemática usada para la circunvolución de
los perfiles de atenuación antes de la reconstrucción de la imagen de TC.
31. Tiempo de exploración. Intervalo de tiempo entre el comienzo y el final de la
adquisición de los datos de rayos para una única exposición. En algunos
equipos puede ser más largo que el tiempo de exposición debido a la emisión
pulsada de rayos X.
32. Tiempo de exposición. El intervalo de tiempo durante el que se emite
radiación y se adquieren todos los datos para la reconstrucción de las
imágenes. En TC convencional el tiempo de exposición se refiere a cada corte
individual; en TC helicoidal al tiempo total de adquisición de una secuencia.
33. Número TC. Valor numérico del píxel como resultado de la reconstrucción de
la imagen. Es una medida de las propiedades de atenuación del tejido incluido
en el vóxel. Los valores se expresan en unidades Hounsfield (UH).
34. Nivel o centro de la ventana. Es el valor medio o central, en UH, de la
ventana usada para visualizar una imagen reconstruida en el monitor del
equipo o en otro formato.
7. BIBLIOGRAFÍA
-
Stewart C. Bushong.(1993). Manual de radiología para Técnicos. 1ª Edición. Ed.
Mosby
Juan R Zaragoza. (1992) Física e instrumentación médica Ed. Salvat
José Luis Iturbe.(2001) Fundamentos de radioquímica. Universidad de México
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