3D en tomografía - Universidad Nacional de San Martín

Trabajo Final Integrador
“3D en Tomografía”
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN MARTÍN
Escuela de Ciencia y Tecnología
Alumna: Agustina Soledad Ortmann
Fecha de ingreso a la Universidad: año 2003
Dirección de mail: [email protected]
Tutor: Ing. Gustavo Chumillo
Lugar de práctica: Hospital Santojanni
Fecha de presentación: Mayo 2008
Índice
1.1.- Introducción
2.1.- Generalidades
2.2.- Unidades Hounsfield
3.1.- Técnicas de reconstrucción
3.2.- Reconstrucción multiplanar (MPR)
3.2.1.- Reconstrucción curva
3.3.- Reconstrucción de superficie sombreada (SSD)
3.4.- Proyección de máxima intensidad (MIP)
3.5.- Reconstrucción de volumen (VR)
3.5.1.- Tablas de opacidad
3.5.2.- Mapas de color
4.1.- Filtros de reconstrucción
5.1.- Tratamiento de las imágenes 3D
6.1.- Aplicaciones diagnósticas
7.1.- Conclusiones
8.1.- Bibliografía
2
1.1.- Introducción
A partir de 1989 surgen los Tomógrafos Helicoidales y en 1998 aparece el Tomógrafo
computado Multicorte con 4 filas de detectores dando comienzo a la era del diagnóstico no
invasivo y de los Estudios Virtuales. La siguiente generación, actualmente en uso está
representada por los Tomógrafos Multicorte de 64 filas de detectores. Con estos equipos es
posible adquirir un volumen único y continuo de datos de una región corporal completa y
reconstruir las imágenes utilizando técnicas como reconstrucción multiplanar (MPR) y 3D
(tridimensional), gracias al software específico, como también viajar por el interior de los
órganos huecos como vasos y tubo digestivo observando la luz, las lesiones intraluminales,
la pared y las relaciones con otras vísceras.
Los detectores giran rápidamente y adquieren 140 imágenes por segundo y un total de
1500 tomas por segundo. Con toda esta información se reconstruyen imágenes de alta
resolución que pueden detectar lesiones menores a 5mm.
Hoy en día tenemos la capacidad tecnológica de visualizar volúmenes de información
en lugar de cortes, lo cual ha enriquecido enormemente el campo de las imágenes
diagnósticas en una gran cantidad de aplicaciones, desde el planeamiento quirúrgico hasta el
diagnóstico no invasivo de lesiones difíciles de analizar en dos dimensiones.
Será importante de ahora en más ir cambiando la visión axial y bidimensional de las
imágenes, por una nueva concepción tridimensional y con planos en cualquier sentido del
espacio.
El objetivo del trabajo consiste en explicar las principales técnicas de reconstrucción
tridimensional de la imagen y sus aplicaciones clínicas.
3
2.1.- Generalidades
Los datos de una imagen digital son adquiridos y manipulados en una matriz de
volumen de elementos llamada voxels. Una imagen se construye analizando cada voxel y
proyectando el resultado en una superficie bidimensional subdividida en elementos de
imagen llamadas pixels.
Uno de los problemas que debemos resolver para obtener imágenes tridimensionales
es el de intentar ver una imagen en tres dimensiones (3D) sobre una superficie de dos
dimensiones (2D) (pantalla del ordenador, placa.). Para solucionar este problema el
ordenador utiliza una técnica llamada ‘trazado de rayos’ la cual, permite modelar la manera
de cómo millones de rayos de luz virtuales atravesarían un volumen de tejido.
En su forma más sencilla se asume que los tejidos con mayores coeficientes de de
atenuación (UH) son más ‘sólidos’ y por lo tanto un rayo de luz virtual que trate de atravesar
un tejido logrará pasar en mayor o menor grado según la solidez de este tejido. Este haz de
luz simulado está sujeto a las mismas leyes físicas de reflexión y refracción, calculadas para
cada haz de luz que interactúa con el volumen de datos. Esta es la base de la reconstrucción
tridimensional.
Según la técnica de reconstrucción tridimensional que utilicemos, estos rayos, que
atraviesan el conjunto de voxels, analizarán unas u otras características de los mismos que
influirán en la imagen final.
Matriz 5x5
Representación de pixel y voxel
Figura I.
4
Figura II.
Trazado de rayos
Un rayo de luz virtual se traza desde una fuente simulada de
luz, y se calcula la refracción y reflexión a través del tejido
hasta llegar a la pantalla de visualización.
2.2.- La unidad Hounsfield (UH)
La unidad elemental de la reconstrucción 3D
La Tomografía sólo nos proporciona un criterio para determinar de que está
compuesto un tejido; el coeficiente de atenuación, medido en unidades Hounsfield.
El principio de Hounsfield (1) relaciona el coeficiente de atenuación lineal con la
intensidad de la fuente de radiación:
(1) It = I0.e- µ.X
donde lt es la intensidad recibida tras atravesar un objeto finito de grosor X, l0 es la
intensidad de la radiación emitida y µ es el coeficiente de atenuación lineal. A través de este
coeficiente llegamos al número TC (2) que no es más que el valor numérico del pixel como
resultado de la reconstrucción de la imagen. Es una medida de las propiedades de
atenuación del tejido incluido en el voxel. Los valores del mismo se expresan en unidades
Hounsfield (UH).
(2) número TC = µ – µ (agua) / µ (agua) x constante.
5
Las unidades Hounsfield (UH) se representa en escalas de grises usualmente con
valores desde -1000 a +1000. Para clasificar los diferentes tejidos tenemos que valernos de
este único criterio.
En líneas generales podemos clasificar los tejidos según sus coeficientes de
atenuación en 6 grandes grupos:
Figura III.
Estas son las denominadas “ventanas de reconstrucción”, que no son mas que los
rangos de visualización en unidades Hounsfield (UH). Todas las reconstrucciones
tridimensionales se basan en estas diferencias de atenuación.
6
3.1.- Técnicas de reconstrucción.
A primera vista, el tema de la reconstrucción tridimensional pareciera difícil de abordar
debido a la gran cantidad de técnicas y tipos de reconstrucción que existen hoy en día. Sin
embargo la mayoría de las reconstrucciones avanzadas son combinaciones de unas pocas
técnicas básicas, comunes a todas las estaciones de reconstrucción. A continuación se
describirán las principales técnicas de reconstrucción.
3.2.- Reconstrucción multiplanar (MPR)
Técnicamente la reconstrucción multiplanar no es una reconstrucción tridimensional,
sino una deformación geométrica del volumen de datos. Por su facilidad de utilización,
rapidez de implementación y cantidad de información suministrada se encuentra entre las de
mayor uso en la práctica diaria.
Se puede crear una imagen bidimensional con un punto de vista tridimensional
arbitrario utilizando múltiples imágenes de cortes transversales. Primero, se obtienen las
imágenes de los cortes transversales y luego, apilando visualmente los cortes, se pueden
reconstruir imágenes en plano, sagital o coronal, bien en dirección perpendicular u oblicua,
con respecto al eje del paciente, utilizando algoritmos matemáticos muy veloces.
Figura IV.
Planos de corte
Permite adicionalmente seleccionar una posición anatómica en un plano y ver su
correspondencia en los demás planos, dando una excelente percepción tridimensional de la
estructura analizada.
7
Las reconstrucciones multiplanares deben ser calculadas a partir de voxels isotrópicos
(voxels con lados iguales en las tres dimensiones del espacio) ya que si se calculan a partir
de voxels anisotrópicos (voxels con lados desiguales), la imagen final presentará una forma
en diente de sierra. Esto último puede dificultar en gran medida la exclusión de una fractura
ósea [1].
a)
b)
c)
Figura V.
.
MPR.
La reconstrucción multiplanar permite la
visualización simultánea del volumen de
datos en los planos a) axial, b) sagital y
c) coronal
8
MPR a partir de voxels isotrópicos
MPR a partir de voxels anisotrópicos
Figura VI.
3.2.1.- Reconstrucción curva
Una variante especial de estas reconstrucciones multiplanares
lo constituyen las
reconstrucciones curvas. Su función consiste en mostrar un órgano que ocupa varios planos
en un solo plano. Las imágenes pueden obtenerse manualmente trazando una línea sobre
una estructura de interés o puede producirse automáticamente con un software específico.
Las reconstrucciones curvas tienen una limitación importante en cuanto a que
dependen en gran medida de la precisión de la curva.
Las reconstrucciones curvas pueden ser muy útiles para visualizar vasos tortuosos
que no pueden ser vistos completamente en una sección planar. El resultado de la
reconstrucción curva es alisado y mostrado en una imagen de 2D (dos dimensiones) [4].
A diferencia de otros protocolos de reconstrucción que se describirán más adelante,
las reconstrucciones multiplanares y curvas pueden llevarse a cabo en la propia consola del
equipo no necesitándose de una estación de trabajo dedicada al efecto.
9
Figura VII.
MPR curva
Al definir una línea central se puede
realizar una reconstrucción curva,
en esencia deformando el corte
para seguir la estructura a analizar,
como en este caso la aorta
abdominal.
Figura VIII.
MPR curva de la arteria
descendente anterior.
10
En la actualidad existen tres grandes sistemas de reconstrucción de imágenes
tridimensionales (3D):
Reconstrucción de superficie sombreada (SSD)
Proyección de máxima intensidad (MIP)
Reconstrucción de volumen (VR)
La imagen tridimensional obtenida estará en función de las características que sean
analizadas por el conjunto de voxels atravesados por el “rayo” para formar la imagen en una
superficie plana.
3.3.- Reconstrucción de superficie sombreada (SSD)
Las primeras técnicas desarrolladas para la visualización 3D se basaban en el
concepto de ‘umbrales’ que es en esencia la manera más sencilla de clasificar tejidos con un
solo criterio. Se define un umbral de unidades Hounsfield (UH) y se eliminan de la
visualización todos los tejidos por debajo ese umbral.
Figura IX.
Umbrales
Todos los tejidos por debajo del umbral de UH seleccionado se eliminarán.
Lo demás se verá como una sola estructura.
11
Las reconstrucciones de superficie sombreada (SSD), fueron la primera técnica de
reconstrucción tridimensional utilizada.
Este método muestra la superficie de un órgano o hueso que ha sido definida en
unidades Hounsfield (UH) por encima de un determinado valor de umbral. El ángulo de
visión, así como la localización de la hipotética fuente de luz virtual (a partir de los cuales el
ordenador calcula el sombreado) son cruciales para obtener reconstrucciones óptimas [1].
Figura X.
SSD
La superficie es iluminada para generar efectos sombreados. [2]
Es una técnica rápida de reconstrucción pero en realidad su utilidad se limita a la
visualización de hueso, que se encuentra en el extremo superior de las curvas de
atenuación. Sin embargo, es prácticamente inútil para visualizar tejidos blandos, pues al
bajar el umbral para incluir estos tejidos se presentan muchos artificios, ya que se clasifican
hueso y tejidos blandos como el mismo tejido.
La elección del valor del umbral debe ser cuidadosa, ya que de lo contrario podemos
eliminar de la imagen información valiosa llegando incluso a simular la existencia de una
patología donde no la hay.
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La SSD muestra poca profundidad ya que no se observan las estructuras dentro o
detrás de la superficie. Por ejemplo, no se visualizan los vasos dentro de una cápsula renal o
los trombos de un vaso [3]. Por lo tanto, es sencillo comprobar cómo al representar
únicamente los datos de la superficie del objeto, estamos ‘desperdiciando’ una gran cantidad
de datos del volumen que disponemos (aquellos que representan las estructuras internas del
objeto). De hecho, en esta técnica se utiliza menos del 10% de los datos disponibles.
La ventaja que posee es que presenta una velocidad superior a otras técnicas de
reconstrucción 3D y en el manejo de la imagen.
Figura XI.
SSD
Fractura del radio distal.
Figura XII.
SSD
Si el umbral está por encima del valor de
tejido blando, la reconstrucción de
superficie muestra muchos artificios
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3.4.- Proyección de máxima intensidad (MIP)
Esta técnica consiste en seleccionar un rango de cortes bidimensionales, identificar de
todos esos cortes superpuestos cual voxel tiene mayor valor en unidades Hounsfield (UH) y
proyectar ese voxel a una imagen bidimensional, en esencia creando un corte más grueso,
sin perder resolución espacial.
Figura XIII.
MIP
Los voxels superpuestos en un rango de cortes
seleccionados se analizan buscando el voxel de
mayor valor UH. Este voxel es proyectado en una
imagen bidimensional.
El efecto 3D se obtiene variando en pequeños sectores el ángulo de proyección y
viendo entonces las imágenes reconstruidas en sucesión rápida (por ejemplo, en modo
“cine”) [1].
La proyección de máxima intensidad permite realzar las estructuras con mayor
atenuación a lo largo de varios cortes simultáneamente, lo cual facilita una visualización
rápida y efectiva de estructuras densas (vasos contrastados, hueso). Entre más ‘grueso’ sea
el rango de la MIP (más cortes seleccionados), más estructuras densas se verán
superpuestas
La proyección de máxima intensidad es una técnica de visualización muy popular en
gran parte debido al advenimiento de los Tomógrafos Multicorte. Al generar cortes
sumamente delgados (hasta 0.5mm) cada corte tiene una resolución espacial muy alta, pero
un corte por si solo no permite darnos una idea de la configuración tridimensional de la
estructura que estamos analizando. Al combinar muchos cortes y superponerlos, podemos
mantener esa resolución espacial.
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La proyección de máxima intensidad es la forma más simple de adquisición de
imágenes tridimensionales. Proporciona una diferenciación excelente de la vasculatura
respecto del tejido circundante [3], pero dado que las estructuras superpuestas no se suman,
uno no puede ver a través de las mismas y por lo tanto no existe sensación de profundidad.
Es posible que no se detecten vasos pequeños que pasen oblicuamente a través de un voxel
a causa de que se hace una media de todo el volumen.
Este procedimiento se emplea principalmente para examinar los vasos sanguíneos
realzados por el contraste.
El principio inherente a ésta técnica es la causa de sus principales limitaciones: se
representará únicamente el material con mayor densidad a lo largo del “rayo”, lo que significa
que un fragmento de calcio (más denso que el contraste) oscurecerá información de la luz
vascular. Lo mismo sucede con estructuras de alta atenuación como huesos o implantes
metálicos, los cuales pueden enmascarar la anatomía buscada.
Figura XIV.
En la MIP el calcio impide ver la información
que existe tras él.
15
Figura XV.
MIP de ambos riñones.
Figura XVI.
MIP sagital de cerebro
3.5.- Reconstrucción de volumen (VR)
VR es superior al previamente tratado SSD y los procedimientos MIP con respecto a la
performance [2].
Esta técnica de representación tridimensional toma todo el volumen de datos y suma
la contribución de cada voxel a lo largo de una línea, partiendo desde el ojo del observador a
través del volumen de datos y representando la composición resultante para cada pixel de la
pantalla. Por lo tanto, todos los voxels pueden contribuir a la imagen final logrando una
mayor fidelidad de la misma.
Sin embargo, para manejar estos volúmenes de información son necesarios
procesadores muy potentes. Este es el motivo por el que esta técnica ha sido la última en
incorporarse al resto de técnicas 3D rutinarias.
La reconstrucción de volumen proporciona una visualización del volumen de
estructuras tridimensionales fácil y rápida. Reconstruye y muestra modelos 3D translúcidos
que permiten realizar un diagnóstico más fiable.
Esta técnica constituye una de las herramientas de visualización más potentes y se
utiliza en numerosas aplicaciones.
16
Figura XVII.
Reconstrucción de volumen VR [2]
3.5.1.- Tablas de opacidad
El valor del pixel se obtiene considerando los valores de los ‘rayos’ como la
representación de una variación de opacidades. Para comprender el concepto de opacidad
debemos hablar de las llamadas ‘tablas de opacidad’. Es uno de los principales conceptos de
las reconstrucciones tridimensionales en Tomografía.
En esencia, las tablas de opacidad permiten manipular la transparencia de los tejidos,
asignando un valor de opacidad según el valor de UH. El tipo de curva que se utilice nos
indica que tejidos se verán.
Todos los tejidos que se encuentren por debajo de ciertas UH tendrán una opacidad
baja, y aumentan gradualmente su opacidad hasta llegar al 100%.
La manipulación de transparencias en las tablas de opacidad nos permite visualizar
selectivamente los diferentes tejidos.
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Figura XVIII. Tablas de opacidad
Una tabla de opacidad define la transparencia
de los tejidos a visualizar.
En este ejemplo, los tejidos por debajo de la
densidad de grasa no serán visibles (0%
opacos). Líquidos y tejidos blandos serán
progresivamente más opacos y el hueso y metal
se verán completamente opacos.
Todas las estaciones de reconstrucción hoy en día manejan este concepto de tablas
de opacidad para determinar que tejidos serán visibles. La mayoría de estas estaciones de
trabajo también permiten identificar el valor de UH en un tejido de interés (seleccionando en
las imágenes 2D) y mostrar su posición en la tabla de opacidad, asiendo fácil la asignación
en ese tejido en particular.
Figura XIX.
Adicionalmente se puede modificar el tipo de curva utilizado para obtener los tejidos
deseados. Sin duda, la curva más utilizada será la ascendente, siendo esta la más intuitiva
(objetos más densos son más opacos). Las curvas inversas son útiles para resaltar
estructuras de baja densidad (ej. vía aérea) y las curvas trapezoidales nos permiten
visualizar selectivamente un tipo de estructura con valores UH muy marcados (ej. metal en
material de osteosíntesis).
18
Figura XX. Tipo de curvas
•
Curva ascendente
•
Curva inversa
•
Curva trapezoidal
Como consecuencia logramos visualizar diferentes tipos de tejidos en lugar de ver sólo
el primero como sucede con la técnica de Reconstrucción de superficies sombreadas (SSD).
3.5.2.- Mapas de color
Es de suma utilidad asignarles colores a los tejidos que deseamos visualizar. Esto se
logra asignando artificialmente colores a ciertos rangos de UH para crear las imágenes 3D.
Estas técnicas se llaman tablas o mapas de color, y funcionan de manera muy similar a las
tablas de opacidad.
Se pueden asignar tantos colores como se desee, y hacer que las transiciones de los
mismos sean graduales, para obtener un efecto más natural.
Figura XXI.
Tablas de color
En este ejemplo, el rango de
valores de UH de grasa se le
asigna el color amarillo, el
líquido azul y los tejidos
blandos en rojo.
19
Figura XXII.
Reconstrucción volumétrica de
arterias carótidas, con tablas de
opacidad y color seleccionadas
para resaltar las calcificaciones de
la bifurcación.
Figura XXIII.
.
VR
Reconstrucción de volumen de la aorta
torácica con aneurisma disecante en la
rama descendente
20
En las imágenes podemos apreciar las diferencias existentes entre los diferentes
modos de reconstrucción de imagen 3D.
Se puede apreciar en la primera imagen la falta de
sensación
de
profundidad
característica
de
las
reconstrucciones MIP.
En la segunda imagen se aprecia la poca sensación de
realismo que adquiere las imágenes de reconstrucción
de superficie, pero nos permitiría, sin embargo, poder
estudiar el pie como un objeto que tuviésemos en las
manos.
La tercera imagen (reconstrucción de volumen) nos
muestra toda la excelencia de una técnica que nos
permite ver las diferentes estructuras que componen el
pie de forma individual (sólo hueso) o en su conjunto
(hueso y tendones).
Figura XXIV.
21
Tabla I. Utilización de parámetros para las representaciones volumétricas [2].
Técnica de representación
Iluminación
Color
Interacción, movimiento
MPR
No
No
Si
MIP
No
No
Si
SSD
Si
No
Si
VR
Si
Si
Si
4.1.- .Filtros de reconstrucción
La aplicación de filtros transforma un determinado aspecto de la totalidad o parte del
estudio. La finalidad es destacar una parte del estudio (objeto) y suprimir otra (ruido, fondo).
Se utilizan diferentes filtros para acentuar, realzar, mejorar o atenuar ciertos aspectos de los
datos.
Si bien existen infinidad de filtros los más conocidos son los kernel cuantificados en
valores numéricos entre el 90 y el 10 a intervalos de 10.
Funcionan de forma sencilla, cuanto mas bajo es (tiende a 10) menor es el ruido de la
imagen, la imagen se ve más lisa ya que empeoran los márgenes de definición y, cuanto mas
alto es el valor (tiende a 90 ) mejor es la resolución espacial y los márgenes de definición,
pero mayor es el ruido de la imagen . En caso de ser necesaria una reconstrucción
volumétrica 3D debemos aplicar filtros bajos 20-30s, en caso de realizarlos con filtros
elevados 70s o superiores la calidad de la imagen puede que no sea aceptable.
Figura XXV.
Filtro kernel de 30 s
Filtro kernel de 70 s
22
Los estudios óseos realizados con técnicas de reconstrucción multiplanar (MPR)
requieren de filtros elevados 60-70S.
En la representación tridimensional estos filtros disminuyen el artefacto escalera y
mejoran el aspecto de las imágenes, en especial, las angiográficas.
5.1.- Tratamiento de las imágenes 3D
Las operaciones con imágenes 3D pueden clasificarse en las siguientes categorías:
1. Preprocesado
2. Procesado
3. Postprocesado
Tanto el preprocesado como el procesado se realizan en la consola del tomógrafo,
mientras que el postprocesado se realiza por medio de una estación de trabajo.
1. Preprocesado
Las operaciones de preprocesado van dirigidas a la obtención del volumen a estudiar.
Comprende de dos pasos como son el posicionamiento del paciente y la adquisición de
datos.
-Colocación del paciente: es el primer paso en toda exploración. El fundamento de todo buen
estudio se basa en la correcta colocación del paciente de tal forma que la zona a explorar
esté totalmente inmóvil.
-Adquisición de datos: se basa en la obtención de imágenes en 2D. Para ello contamos con
equipos de Tomografía Multicorte que han mejorado notablemente tanto en ‘hardware’ como
en ‘software’ de tal forma, que hoy en día se consiguen realizar exploraciones mucho más
rápidas. Las características de la adquisición de la imagen varían según el tipo de estudio,
sin embargo, existen puntos comunes que se dan en todos ellos:
Obtención de cortes finos de alta calidad: mejora cuantitativa y cualitativa el área
de estudio favoreciendo una mayor resolución de la imagen 3D.
Alta velocidad: se evita el movimiento voluntario (deglución, apnea) o involuntario
(tránsito intestinal, movimiento cardíaco) del paciente al mismo tiempo que se
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consigue aunar la adquisición de datos junto con la entrada de contraste
intravenoso y obtener la mayor concentración de contraste en el punto deseado.
(por ejemplo, en un estudio vascular).
Filtro de reconstrucción: debe ser adecuado para cada tipo de estudio.
2. Procesado
Comprende dos pasos que son la visualización y la reconstrucción de los datos.
-Visualización: contiene los procesos de asimilación y comprensión de las imágenes 2D
(tanto los cortes axiales como multiplanares).
-Reconstrucción: se realiza por medio de algoritmos que transforman el volumen de datos.
Para que las imágenes reconstruidas puedan ser de utilidad, se deben tener en cuenta las
siguientes precauciones:
No cambiar el intervalo entre las imágenes, siempre se ha de reconstruir al mismo
intervalo.
El centro de reconstrucción ha de ser el mismo en todas las imágenes.
Es necesario mantener igual FOV en todas las imágenes.
2. Postprocesado
Comprende la edición y análisis de volúmenes.
-Edición de volúmenes. Segmentación.
Se compone de las operaciones dirigidas a la transformación de la imagen 3D. Ya que
en algunos casos es deseable seleccionar que estructuras anatómicas especificas se quieren
mostrar, como visualizar solo un hueso en particular, o cierto árbol vascular. Todas las
estaciones de reconstrucción cuentan con herramientas básicas de edición, de las cuales la
más común es la de recortar en 3D. Sin embargo, debido a la complejidad de ciertas
estructuras anatómicas a veces es imposible despejarla en 3D. Para esos casos son muy
útiles las herramientas de segmentación.
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La segmentación es una técnica mediante la cual se seleccionan voxels contiguos
para aislar una estructura anatómica cuyos voxels poseen similares características. La
técnica semiautomática más utilizada es aquella denominada ‘crecimiento de regiones’.
Consiste en seleccionar un punto representativo de una estructura anatómica (denominado
semilla) y generar una región que crece hasta los límites de esa estructura en todas sus
dimensiones.
Figura XXVI.
Segmentación. Crecimiento de regiones
El punto verde es la semilla. A partir de ese punto
el software selecciona voxels con características
similares hasta sus bordes, en todas direcciones.
El software determina que ha llegado a los límites de la estructura cuando encuentra
un cambio abrupto en los coeficientes de atenuación, y crece la región en otras direcciones
durante un tiempo especificado por el usuario, hasta segmentar solo la estructura deseada.
Esta técnica es sumamente útil para la visualización selectiva de estructuras vasculares con
medio de contraste.
-Análisis de volúmenes.
Para llegar a una perfecta evaluación de la imagen 3D se dispone de herramientas
como dar vuelta la imagen, atravesarla, analizar el volumen de un vaso e incluso navegarla.
Dos de las técnicas más comunes, el análisis vascular y la colonoscopia virtual se
basan en algoritmos de software que calculan automáticamente una línea central a través de
alguna estructura tubular o semitubular. En el cuerpo humano hay estructuras semitubulares
susceptibles de este análisis, en la vía aérea, el tracto gastrointestinal y todas las estructuras
vasculares.
25
La generación de una línea central se basa en la segmentación de los tejidos discutida
previamente.
Una
vez
segmentada
una
estructura
tubular
se
puede
calcular
automáticamente una línea central por medio de algoritmos de software. Esta línea central
sirve de base para la identificación de dicha estructura y la realización de endoscopias
virtuales o reconstrucciones curvas de la estructura.
Figura XXVII.
Trazado de línea central.
26
6.1.-Aplicaciones diagnósticas
La visualización de imágenes tridimensionales (3D) y las reconstrucciones
multiplanares (MPR) brindan importante
información en el diagnóstico de patologías de
dificultosa evaluación y su consecuente planificación terapéutica. Esto se debe a que las
imágenes volumétricas permiten mostrar las estructuras anatómicas desde un punto de vista
espacial.
Sistema músculo-esquelético:
Tumores. El uso de imágenes de MPR y 3D, permite interpretar la extensión de los tumores
primarios y las metástasis. Esta información se utiliza para tratamiento oncológico, ya sea
médico o quirúrgico. Se utiliza principalmente para lesiones de cara, columna, hombro y
pelvis.
Post-operatorio. La utilización de imágenes volumétricas, ofrece mejores resultados en
pacientes que utilizan implantes metálicos u otras prótesis. Por éste motivo resulta el método
de elección en pacientes ortopédicos
Trauma: Con las técnicas de Reconstrucción Multiplanar y Tridimensional (3D) se obtiene
información adicional sobre las estructuras óseas y las regiones de tejidos blandos. Se
pueden observar modificaciones en el tratamiento de pacientes con determinadas fracturas
visualizadas con imágenes convencionales de Tomografía (TC) en el plano axial, ya que los
métodos de imágenes MPR y 3D revelan injurias de mayor severidad.
- Columna: En la columna vertebral las principales aplicaciones de las técnicas de MPR y 3D
son las fracturas, las subluxaciones, los cuerpos extraños, y los fragmentos óseos.
a)
b)
c)
Figura XXVIII. a) - b) SSD Fractura de compresión dorsal, c) MPR sagital
27
- Codos, muñecas y manos: Las aplicaciones principales corresponden a pacientes en los
cuales existe la sospecha clínica de fractura, sin evidencia por Radiografía convencional y
fracturas complejas que requieran mejor detalle anatómico para su posterior tratamiento.
- Pelvis: Sus principales aplicaciones: corresponden a fracturas de caderas con o sin
desplazamiento de la cabeza femoral, las lesiones de sacro y sacro-iliacas, así como las
lesiones vasculares asociadas.
Figura XXIX. Reconstrucción 3D de
pelvis vista de la perspectiva lateral. Se
observa rotura cortical.
- Rodillas, tobillos y pies: Si bien la Resonancia (RMN) es el método de diagnóstico de
elección para evaluar los meniscos y ligamentos de la rodilla, se utiliza la Tomografía
Multicorte con MPR y 3D para los traumatismos con lesiones del platillo tibial. A nivel de los
tobillos se utiliza en fracturas complejas intraarticulares de la tibia distal. En los pies las
fracturas del calcáneo pueden ser fácilmente evaluadas y las imágenes tridimensionales son
de importante aporte en el planeamiento quirúrgico.
- Hombros: Se observó que en las fracturas escapulares la Radiografía convencional no
muestra a las pequeñas lesiones que se observan con técnicas de MPR y 3D, a veces se
asocian otras lesiones como fractura costal, clavicular o lesiones vasculares, más evidentes
por éste último método.
28
La evaluación de la porción proximal humeral también ha mejorado con imágenes
volumétricas con relación a la Radiografía convencional. Permite categorizar los grados de
rotación y los fragmentos óseos.
Infecciones: Las interpretación volumétrica permiten detectar procesos infecciosos, y los
diferentes compartimentos que éstos involucran, como los huesos, los músculos y los planos
grasos. Los resultados obtenidos determinan las diferentes conductas de tratamiento, sea
médico o quirúrgico, o la respuesta a éstos tratamientos.
La
sospecha
de
infecciones
Músculo-Esqueléticas
aumenta
en
pacientes
inmunocomprometidos. La articulación esterno-clavicular se presenta con frecuencia
afectada. La formación de abscesos es frecuente en éstos pacientes.
Tórax
Se obtienen reconstrucción en los planos, coronal y oblicuo, elemento de gran utilidad
para la evaluación de la patología tumoral y parenquimatosa. Por otra parte, ha posibilitado
un diagnóstico de alta precisión en cuanto a la magnitud de la enfermedad tromboembólica.
Esta aplicación surgió con fuerza tras la introducción de los primeros Tomógrafos
Helicoidales y hoy, con los equipos Multicorte, alcanza niveles superiores de rendimiento.
Figura XXX.
Reconstrucción coronal del tórax.
Múltiples focos de condensación.
29
Tomografía maxilar con reconstrucción 3D para implantes
Figura XXXI.
Angiografías
Para las angiografías por Tomografía (TC) se necesita la contemplación de los
distintos ángulos de visión (MIP = Proyección de máxima intensidad), planos de
reconstrucción
(MPR
=
Reconstrucción
multiplanar),
o
una
visualización
tridimensional
(VR
=
Reconstrucción volumétrica).
Arterias intracraneales
Figura XXXII.
MIP axial
91a-arteria cerebral anterior
91b-arteria cerebral media
Figura XXXIII.
VR aneurisma de la arteria comunicante
anterior (flecha).
88-arteria vertebral
90-arteria basilar
91b-arteria cerebral media
91c-arteria cerebral posterior
93-arterias pericallosas
30
Senos venosos
Figura XXXIV.
MIP sagital.
91a-arteria cerebral anterior
100-vena de Galeno
101a-seno sagital superior
102a-seno transverso
Carótidas: se utilizan reconstrucciones MIP sagital y coronal. Las imágenes VR suelen
resultar por sí muy orientativas.
Figura XXXV.
MIP sagital.
85a- arteria carótida interna izquierda
85b- arteria carótida externa
Figura XXXVI.
Angiotomografía de vasos carotídeos. Imagen
en 3D (representación de volumen) que
muestra estenosis carotídea bilateral con
placas de ateroma calcificadas en la
bifurcación y a nivel del bulbo carotídeo.
Aorta: la visualización de la aorta en la angiografía por Tomografía (TC) se dirige
principalmente a la exclusión de aneurismas, estenosis del istmo y posibles membranas de
disección así como a la determinación de su extensión. Para la reconstrucción, las
proyecciones MIP y MPR ofrecen una cuantificación más precisa de la patología vascular.
31
Figura XXXVII.
MIP
89-aorta
106-arteria mesentérica superior
113-arterias ilíacas
171-saco aneurismático
174-calcificaciones
Figura XXXVIII.
VR aneurisma infrarrenal de
la aorta abdominal.
Arterias coronarias: se reconstruyen proyecciones MIP oblicuas, paralelas al tronco de la
arteria coronaria izquierda, proyecciones especiales de la rama interventricular anterior y de
la coronaria derecha así como imágenes 3D.
Figura XXIX.
VR del corazón
Figura XL.
MIP oblicuo
77d-arteria coronaria derecha
89a-aorta ascendente
32
Vasos de la pelvis y de la extremidad inferior: las imágenes 3D ofrecen una visión
panorámica excelente desde la bifurcación aórtica hasta el tobillo.
Figura XLI.
Imágenes VR.
Visión de la bifurcación aórtica hasta el tobillo.
Prótesis vasculares: la angiografía por TC con sus imágenes en 3D puede aplicarse para las
revisiones postoperatorias luego de implantar una endoprótesis o una prótesis vascular.
Figura XLII.
182- prótesis vascular
113-arteria ilíaca común
33
Estudios virtuales
Continuamente se desarrollan nuevos software para visualizar mejor y de distintas
maneras los órganos internos. Estos estudios permiten navegar por el interior de toda víscera
hueca, viendo las lesiones internas, de la pared y sus relaciones con otros órganos. Es una
navegación intraluminal. Se destacan, entre otros: la colonoscopia y broncoscopia (BV)
virtual, las que no requieren de la introducción de un fibroscopio.
Colonoscopia virtual
La colonoscopia virtual o colonografía por Tomografía computada (TC) es un método
no invasivo, basado en la técnica TC, que utiliza las técnicas de reconstrucción de imágenes
multiplanares (2D) o endoluminales (3D) para visualizar el interior colon. Estas últimas
otorgan una visión similar a la fibrocolonoscopía.
A diferencia de la colonoscopia estándar, un procedimiento invasivo que mira sólo el
interior del colon, la colonoscopía virtual avista también las áreas circundantes del torso
inferior.
Se utiliza para detectar pólipos y lesiones que podrían indicar la existencia de un
cáncer colorrectal.
Figura XLIII.
Reconstrucción 3D de de la zona
de estenosis que permite evaluar
su extensión (flecha).
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Figura XLIV.
Reconstrucción 3D a nivel de la zona de
colonoscopía virtual
estenosis
muestra
un
con
pólipo (flecha). que
engrosamiento polipoídeo de los
pliegues y el estrechamiento del lumen.
Figura XLV
Representación de superficie (SSD):
colonoscopía con pólipo (flecha).
Broncoscopía Virtual (BV)
Con el uso de la BV es posible efectuar una adecuada evaluación de lesiones
estenosantes fijas de la vía aérea. Permite además una evaluación de la vía aérea distal a la
estenosis, objetivo que no siempre se logra con la fibrobroncoscopia real.
Las imágenes de BV se obtienen usando reconstrucciones 3D de superficie o
volumétricas. Ambas entregan imágenes en dos dimensiones (2D) que reflejan relaciones
tridimensionales por superficie sombreada, perspectiva o movimiento alrededor de un eje de
rotación presentado como una secuencia de cine con múltiples imágenes, simulando una
endoscopia.
En las reconstrucciones 3D de superficie, el proceso de identificación por el
computador de regiones anatómicas específicas dentro de un volumen de datos
(segmentación de imagen) se obtiene usando algoritmos de crecimiento regional,
seleccionando un voxel dentro del lumen de la vía aérea. Se examina subsecuentemente
cada voxel vecino para ver si satisface un criterio definido por un rango de unidades
Hounsfield. El método volumétrico expone en cambio todos los voxels, asignando un color y
opacidad a cada uno; esto permite destacar determinadas estructuras anatómicas y dejar
transparentes otras. Las reconstrucciones 3D de superficie presentan algunas ventajas sobre
las reconstrucciones 3D volumétricas. Estas incluyen mayor velocidad y la posibilidad de
generar imágenes utilizando las unidades de trabajo actualmente disponibles.
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Esta técnica está limitada no obstante por su mayor susceptibilidad al ruido y volumen
parcial,
produciéndose
artefactos
al
tratar
de
visualizar
vías
aéreas
distales.
La reconstrucción volumétrica, además de la visión endobronquial, tiene la ventaja de
visualizar tejidos peribronquiales a lo largo o a través de las paredes bronquiales.
Actualmente se dispone de elementos de navegación para BV que permiten:
exhibición simultánea de imágenes axiales, coronales y sagitales orientadas de acuerdo al
plano identificado desde la imagen endoluminal; ejes ortogonales que indican orientación
anterior, posterior o superior; imágenes reversas apuntando en forma retrógrada desde
cualquier punto de la vía aérea. También es posible el uso de marcadores de ruta que miden
la distancia entre dos puntos dentro del árbol traqueobronquial.
A)
B)
C)
Figura XLVI.
Imágenes de una Broncoscopia Virtual (BV) normal.
A: Desde el tercio medio de la tráquea; se observa que el calibre es normal y los contornos de la pared lisos y
regulares. Hacia distal se visualiza la carina en posición central. La inserción corresponde a la imagen de
referencia en el plano coronal.
B: A nivel de la carina se observa el origen de ambos bronquios principales simétricos y de calibre normal.
C: Se puede estudiar la vía aérea distal como en este ejemplo en que se visualiza el origen de los bronquios al
lóbulo medio y al lóbulo inferior derecho.
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7.1.- Conclusiones
Uno de los aspectos que más ha revolucionado la imagen en radiología ha sido la
capacidad de adquirir los estudios de manera tridimensional; la posibilidad de realizar
estudios volumétricos. Así, en Tomografía, se ha pasado de interpretar imágenes axiales o
transversales puras
a estudiar volúmenes completos que pueden ser reconstruidos en
cualquier plano del espacio.
Desde la introducción de los equipos Multicorte la técnica de Reconstrucción
multiplanar (MPR), se realiza de manera rutinaria para interpretar los estudios. Esto es
posible gracias a la elevada resolución espacial y a que la tecnología Multicorte adquiere
imágenes prácticamente isotrópicas, lo que permite obtener imágenes de gran calidad
diagnóstica independientemente del plano de reconstrucción.
Las
técnicas
como
las
Proyecciones
de
máxima
intensidad
(MIP),
las
Reconstrucciones de superficie sombreada (SSD) y Reconstrucciones de volumen (VR),
permiten conocer con mayor precisión la relación de los órganos o patologías estudiadas con
respecto a las estructuras anatómicas adyacentes
Las imágenes axiales fuente, continúan siendo indispensables para realizar el
diagnóstico, pero una adecuada reconstrucción tridimensional (3D) de los estudios
proporciona un valor añadido a las exploraciones. Un claro ejemplo lo constituyen los
cirujanos, quienes se benefician significativamente de la información tridimensional de la
Tomografía al planificar las intervenciones quirúrgicas.
Por
lo
tanto,
la
posibilidad
de
realizar
Reconstrucciones
multiplanares
y
tridimensionales (3D) en Tomografía, facilita la comprensión espacial de la patología; ayuda
a la planificación terapéutica y permite controlar procedimientos especiales.
Entender los conceptos básicos de la reconstrucción 3D prepara al técnico en
diagnóstico por imágenes a dominar éstas y otras técnicas en el futuro.
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8.1.- Bibliografía
[1]. Hofer, Matthias. 2005. Manual práctico de TC. Introducción a la TC. 4ª edición.
Panamericana. ISBN-13: 978-84-7903-956-1.
[2]. Kalender, Willi.A. 2000. Computed Tomography. Publicis MCD Werbeagentur Gmbh,
Munich.
ISBN: 3-89578-081-2.
[3]. Bushong, Stewart. C. 2005. Manual de radiología para técnicos. 8va edición. Elsevier.
ISBN: 978-84-8174-864-2.
[4]. Krestin, G.P. – Glazer, G. M. 1998. Advances in CT IV. Springer. ISBN: 3-540-64348-6.
www.gehealthcare.com
www.cadime.com.ar/diagimagenes/helicoidal.html
Aplicaciones músculo-esqueléticas de la Tomografía computada (MPR, 3D)
www.cirujanosdechile.cl/Revista/PDF%20cirujanos%202004_02/Rev.Cir.2.04.(17).Av.pdf
Tomografía computada Multicorte
www.alar-dxi.org/tacmulti.htm
Generación de imágenes
www.dsic.upv.es/~jorallo/escrits/ACTA3.pdf
Síntesis de imágenes en imagen médica
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