CONSIDERACIONES GENERALES PREVIAS A LA TOMOGRAFIA COMPUTERIZADA

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1 CONSIDERACIONES GENERALES PREVIAS A LA TOMOGRAFIA COMPUTERIZADA 0. INTRODUCCIÓN Supongamos un haz de rayos X, cuya intensidad de radiación inicial tiene un valor de I 0, 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. 1

2 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 Foco de luz Vidrio de ventana TRANSPARENCIA (Transmisión de la radiación) ABSORCIÓN Foco de luz Cartón Gafas de sol ATENUACIÓN (transmisión parcial) Foco de luz REFLEXIÓN 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. 2

3 Foco Haz de Rx ( Energía) Absorción Transmisión Película 2. CAUSAS DE LA DISTRIBUCIÓN DE LA RADIACIÓN Y SU IMPORTANCIA EN RADIODIAGNÓSTICO Los factores que influyen en la distribución de la radiación son: 1. Densidad del tejido, que atraviesa la radiación (g/cm 3 ). 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. 3

4 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: 1 er 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/cm 3.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/cm 3. 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. 3 er 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/cm 3 ) 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. 4

5 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 EN RADIOLOGÍA CONVENCIONAL RESPECTO DE LA TAC 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. 1 er 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 5

6 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 6

7 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 7

8 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 8

9 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 ecuaciones matemáticas para la reconstrucción de la imagen. 9

10 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 10