PRINCIPIOS DE LA TOMOGRAFIA COMPUTERIZADA
0. INTRODUCCIÓN Desde el descubrimiento de los Rayos X se hizo evidente que las imágenes radiológicas podían aportar una gran información sobre el cuerpo humano, muy útil en el diagnóstico de su patología. Sin embargo el diagnóstico convencional, presenta una serie de desventajas como son: -
El que una estructura tridimensional es proyectada y convertida en una imagen bidimensional, con la consiguiente superposición de estructuras.
-
La imposibilidad de diferenciar densidades pequeñas entre sí.
Estos dos inconvenientes de la radiología convencional tratan de ser solucionados mediante el desarrollo de técnicas tomográficas. La Tomografía Axial Computarizada es la reconstrucción por medio de un computador de un plano tomográfico de un objeto. Un haz de RX colimado atraviesa al paciente, el haz de rayos atenuado que sale es medido y recogido por los detectores y estos valores se envían al ordenador. El ordenador analiza la señal que le llega del receptor, reconstruye la imagen y la muestra en un monitor de televisión. La reconstrucción del corte anatómico estudiado se realiza mediante ecuaciones matemáticas adaptadas al ordenador llamados ALGORITMOS. La imagen puede ser fotografiada para su posterior análisis.
1. HISTORIA Y EVOLUCIÓN DEL TAC La Tomografía Axial Computerizada es, sin duda, el más significativo avance de la historia de la imagen médica desde el descubrimiento de los Rx por Röengent en 1895. La información que nos aporta este método es una imagen totalmente diferente a la radiología convencional. La diferencia fundamental es que la imagen de TC nos da una visión sectorial de la anatomía del paciente (perpendicular al eje longitudinal del cuerpo, es decir, se obtiene en imágenes transversas)
1
Los inventores de la TC fueron un físico norteamericano llamado A.M. Cormark y un ingeniero inglés llamado Goodfrey N. Hounsfield. En 1963 Cormark demostró que podía determinarse los coeficientes de absorción de una estructura plana y medir desde un determinado número de direcciones las variaciones de intensidad de los haces transmitidos. En 1967 Goodfrey N. Hounsfield, ingeniero que dirigía la sección médica del laboratorio central de investigación de la compañía discográfica EMI Capitol (Electric and Musical Industries), inicia sus investigaciones sobre el reconocimiento de imágenes y técnicas de almacenamiento de datos en el ordenador, desconociendo el trabajo que Cormark había hecho en las matemáticas teóricas para tal dispositivo. La hipótesis del programa de investigación E.M.I. (Electric and Musical Industries), era que las medidas de transmisión de los Rx a través de un cuerpo a partir de todas las direcciones posibles, contiene la totalidad de la información sobre los constituyentes de ese cuerpo para ello, Hounsfield, detecta los Rx mediante un cristal emisor de luz visible cuando se expone a los Rx. De modo que, en 1967 propuso la construcción del escaner EMI, que fue la base de la técnica para desarrollar el TAC, como una máquina que unía el cálculo electrónico a las técnicas de rayos X según la siguiente descripción: ”Crear una imagen tridimensional de un objeto tomando múltiples mediciones del mismo con rayos X desde diferentes ángulos y utilizar una computadora que permita reconstruirla a partir de cientos de “planos” superpuestos y entrecruzados”. El 1 de Octubre de 1971 se realiza el primer escáner craneal en un hospital de Londres y desde su presentación en 1972 esta técnica radiográfica se ha convertido en un método insustituible para el estudio de múltiples procesos patológicos y prueba de ello es la concesión del Premio Nóbel a sus descubridores en 1979. Aunque inicialmente el 90% de las exploraciones hechas con TC eran neurológicas (TAC craneales), progresivamente fueron surgiendo indicaciones para el estudio del resto de las regiones corporales, que han hecho que la TAC sea una técnica diagnóstica esencial en procesos neoplásicos (hernias discales, patologías cerebrales, etc.). Este gran logro de la TAC se debe al trabajo de muchos años de investigación. En 1973 se realizan los primeros estudios con scanner en Estados Unidos y el resto de Europa. El TAC se constituyó como el mayor avance en radiodiagnóstico desde el descubrimiento de los Rayos x. Su introducción al mercado de Estado Unidos en 1972, tuvo un éxito abrumador, ya que 170 hospitales lo solicitaron, aún cuando el costo era de 385.000 dólares. Los primeros TAC fueron instalados en España a principios de los años 80. Era una exploración cara y con grandes listas de espera. Actualmente es una exploración de rutina de cualquier hospital cuyos costes se han abaratado.
2. CONCEPTOS BÁSICOS
2
Básicamente un tomógrafo computerizado es un aparato de Rx en el cual la placa radiográfica ha sido sustituida por detectores. El tubo gira alrededor del paciente y los detectores situados en el lado opuesto, recogen la radiación que atraviesa al paciente. Los datos recogidos por los detectores se envían a un ordenador que integra y reconstruye la información obtenida y la presenta como una imagen morfológica en el monitor de televisión. La reconstrucción de la sección anatómica estudiada se realiza mediante ecuaciones matemáticas adaptadas al ordenador que recibe el nombre de algoritmos. La Tomografía computadorizada (TC) se le llama también Tomografía Axial computerizada (TAC), dado que el plano de la imagen es paralelo al eje longitudinal del cuerpo y se obtiene cortes sagitales y coronales del paciente. Otra denominación es Tomografía Transaxial o Tomografía Transversa Computerizada (TTC) ya que la imagen es perpendicular al eje longitudinal del cuerpo. Otras denominaciones son: Tomografía computadorizada de reconstrucción (TCR), Tomografía Axial Digital (TAD), o también Escáner al basarse en el principio de scan o barrido exploratorio de un objeto. A los scanner capaces de practicar tomografías de cualquier parte del cuerpo se les llama scanner de cuerpo entero (body scanner), para diferenciarlo de los que tienen aplicación cerebral (body sacanner). En Francia se denomina Tomodensitometría (medida de las densidades de los cortes). El nombre adoptado finalmente es el Tomografía computadorizada o TC, ya que muchos autores mantiene que el término axial debe suprimirse siendo correcto el término tomografía computarizada (TC).
3. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL TAC La obtención de imágenes en un TC se realiza a través de un tubo de Rx. En los estudios radiográficos con la técnica convencional, la región del paciente de objeto de estudio que es tridimensional queda proyectada en la película como una imagen bidimensional. Por este motivo no tiene la nitidez deseable, ya que existe una superposición de las estructuras anatómicas de esta región. Para eliminar este problema y conseguir una mayor calidad en la imagen se desarrollaron diversas técnicas tomográficas. En la tomografía lineal convencional, los Rx realizan un barrido de todo el grosor del cuerpo, consiguiéndose la imagen deseada por el movimiento conjunto del foco de Rx y de la placa, que borra y desdibuja los planos inferiores y superiores al plano deseado. La cantidad de radiación que recibe el paciente en este estudio, es grande y la nitidez de la imagen se resiente por las imágenes de barrido. La obtención de imágenes en el equipo de TC viene dada por un tubo emisor de un haz de Rx que está enfrentado con suma precisión a una columna de detectores.
3
Ambos, es decir el bloque tubo-detectores, se moverán sincrónicamente para ir girando siempre enfrentados y de esta forma se obtendrán las distintas proyecciones del objeto. Cada detector tendrá un canal por el cual enviará las señales recibidas de cada uno de los detectores en cada proyección, y a partir de ellas reconstruye la imagen, pero siempre quedarán archivadas en la memoria del ordenador o en el disco magnético de donde podrán ser extraídas siempre que se desee. Por tanto los detectores convierten la señal de radiación en una señal electrónica de respuesta o “señal analógica” (sí o no, es decir, hay pulso o no hay pulso) que a su vez se convierte en “señal digital” por medio de una conversión analógico-digital (si hay señal se obtiene como resultado 1 y si no hay señal el resultado es 0). Este proceso de conversión lo realiza el computador para poder así trabajar con las medidas recibidas en un sistema binario, que es el que utilizan los ordenadores. La imagen reconstruida puede ser almacenada pudiendo visualizarla cada vez que se desee. También puede ser impresa en una placa convencional a través de una impresora láser conectada al monitor de visualización.
La forma exacta en la que se produce la imagen en TC es muy complicada y requiere conocimientos de física, ingeniería e informática. Los principios básicos, no obstante, pueden explicarse con facilidad si se elige el equipo más simple, compuesto por un haz de Rx finamente colimado y un único detector. La fuente de Rx y el detector están conectados de forma que tiene un movimiento sincrónico. Cuando el conjunto fuente de Rx-detector realiza un barrido o TRASLACIÓN a través del paciente, las estructuras internas del sujeto atenúan el haz en función de la densidad y del número atómico de los tejidos de la zona. La intensidad de radiación se detecta en función de este patrón y se crea un perfil de intensidades o PROYECCIÓN. Al final de un barrido, el conjunto fuente-detector gira y comienza un segundo barrido. Durante este barrido, la señal del detector vuelve a ser proporcional a la atenuación del haz provocada por las estructuras atómicas internas, y se obtiene una segunda proyección. Si se repite muchas veces el proceso se obtendrán una gran cantidad de proyecciones. Esas proyecciones no se visualizan, sino que se almacenan de forma numérica en el ordenador.
4
El procesado de los datos que realiza el ordenador supone la superposición efectiva de cada proyección para RECONSTRUIR la estructura anatómica correspondiente a ese corte.
4. TIPOS DE ESCÁNERES Cuanto mayor sea el número de barridos exploratorios que efectúe el sistema, mayor será el número de datos que enviará al ordenador y por lo tanto se reproducirá con mayor fidelidad la imagen. En la práctica, el número de barridos está limitado por el tiempo que dura la exploración y por la dosis de radiación que recibe el paciente. Cuanto más rápida sea la exploración, menos posibilidad de movimientos del paciente existirá, y esto producirá menos artefactos (falsas imágenes) del paciente. Por lo tanto es necesario buscar la relación más adecuada entre el mínimo tiempo de exploración y la menor dosis de radiación, que nos permita obtener la cantidad de proyecciones necesarias para que el ordenador reconstruya una imagen con calidad suficiente. La evolución de la TC ha sido tan impresionante, que la inclusión de los nuevos avances tecnológicos en estos equipos originó la necesidad de hacer una división que agrupara a los exploradores por sus características comunes. Así se empezó a hablar de las generaciones de TC, que se basan fundamentalmente en las diferencias del método de recolección y almacenamiento de los datos y en el número de detectores. O lo que es lo mismo: en el tiempo que se tarda en realizar un corte. De forma que en 1972 el tiempo empleado en cada exploración era de 5 minutos pasó a 2 segundos en 1977, y actualmente duran del orden de milisegundos. Según el tipo de rotaciones del tubo alrededor del paciente se clasifican las diferentes generaciones de escáneres. La 1ª y 2ª generación ya no se usan, ya que el tiempo de exploración para la obtención de imágenes daba una mala definición radiográfica. En la actualidad se utilizan escáneres de 3ª, 4ª, 5ª y 6ª generación que obtienen imágenes en tiempos que oscilan en los 2-4 segundos y cuya calidad diagnóstica es alta.
4.1. Escáneres de Primera Generación Los scanner de primera generación se caracterizan por un haz colimado de
5
rayos (haz tipo lápiz) y un solo detector desplazándose sobre un paciente y girando entre barridos sucesivos. Actualmente se les llaman “equipos de 1ª generación”. Este scanner de primera generación emplea en principio un solo tubo y un solo detector con movimiento de traslación y rotación que repetía sucesivamente hasta realizar la exploración completa. El método de recopilación de datos se basa en el principio de traslación y rotación del bloque tubo-detectores. El proceso de exploración engloba las siguientes fases: a) El tubo y los detectores se mueven en línea recta de los pies a la cabeza del paciente, en lo que dura el disparo, luego se paran. b) El tubo y los detectores rotan 1º, comienza de nuevo el movimiento lineal y el disparo. Ahora el sentido del movimiento es de cabeza a pies. Terminando el disparo se paran. Este proceso, trasladarse-parar-rotar-parar, trasladarse-parar-rotar-parar...., es repetido 180 veces para obtener un corte, por lo que los primeros equipos fabricados (por la EMI) exigían 180 barridos, con un giro de 1º entre cada uno. El modo de corte era por un haz puntual de radiación monoenergético, con un simple destello de rayos x dirigido al detector. El principal inconveniente de estos equipos era el tiempo que se tardaba en realizar un estudio completo, que con un equipo de 1ª generación era de casi 5 minutos por proyección. Este equipo con un fino haz de rayos enfrentado a un detector exigía múltiples traslaciones (más o menos 200) para cada proyección (a cada distinta angulación del tubo). El tiempo de exploración era largo y la dosis de radiación elevada. Estas máquinas estaban diseñadas solo para estudios craneales ya que este elevado tiempo imposibilitaba los estudios abdominales y torácicos (por el movimiento del paciente). La imagen se reconstruye en una matriz de 80x80. En estos escáneres se utilizaba una bolsa llena de agua para colocar al paciente y lograr una detección uniforme durante el barrido, ya que el agua suavizaba el cambio brusco de atenuación del haz entre el aire y los huesos del cráneo.
4.2. Escáneres de Segunda Generación Los escáneres de segunda generación también eran del tipo traslación-rotación y al igual que los de primera ya no se fabrican. En estos equipos hay un conjunto de detectores (entre 5 y 35 detectores), que recogen un haz de Rx en abanico en lugar de un haz tipo lápiz. La desventaja de la radiación en abanico es el aumento de la radiación dispersa en cada disparo, pero esto se limita por la existencia de un colimador en la salida del tubo de Rx y un colimador antes de cada detector. De esta forma se consigue que la influencia de la radiación dispersa sobre la calidad de imagen sea despreciable.
6
La principal ventaja de estos equipos era su velocidad. Tenían entre 5 y 35 detectores de radiación y, por tanto, conseguía tiempos de barridos mucho menores (20 seg./proyección). Además al ser el haz de rayos en abanico no era necesario realizar tantas traslaciones, ya que la apertura del haz permite que el giro posterior a cada barrido sea de 5 ó de más grados (con un giro de 10º solo se necesitan 18 barridos para obtener una imagen de 180º). Esto y la existencia de un conjunto de detectores permiten que con una sola traslación se obtenga el mismo resultado que con varias traslaciones en un equipo de primera generación (para cada proyección solo se realizaba 2 traslaciones) reduciendo el tiempo de exploración de tres minutos a veinte segundos. La detección simultánea a través de varios detectores aumenta además la calidad de la imagen. El coste de estos equipos era más elevado que los de 1ª generación, debido a la mayor capacidad del ordenador y a los componentes electrónicos necesarios para almacenar los datos recibidos de forma simultánea por varios canales.
4.3.
Escáneres de Tercera Generación
Se introduce e 1977 y cubre casi la totalidad de TC. En esta generación se vuelve a reducir considerablemente el tiempo de corte, gracias al aumento del número de detectores y a la incorporación de los nuevos avances en el software informático. La principal limitación de los escáneres de 2ª generación era la duración del examen (20seg./Proyección), debido a la complejidad del mecanismo de traslación y rotación y a la gran masa del conjunto. Para superar esto, los escáneres de 3ª generación presentan las siguientes características: • • • •
No hay traslación, el método de recopilación de datos está basado en un movimiento de rotación y se suprime la traslación, abarcado un ángulo de giro alrededor del paciente de 240º a 360º, según la velocidad. El modo de corte es por continuos destellos pulsados durante la rotación, con un haz de radiación monoenergético y en abanico amplio (se abre entre 30-60º) Aumentan los detectores, oscilando su número entre 260 y 750, colocados en una matriz curvilínea. El tiempo empleado en realizar un corte y representarlo en pantalla oscila entre 4.8 y 10 segundos.
En los aparatos de TC de 3ª generación el haz cubre por completo al paciente durante todo el examen, permitiendo la matriz curvilínea que la distancia entre fuente y detector sea siempre constante, lo que facilita la reconstrucción de las imágenes. Esto permite también una mejor colimación, lo que reduce la radiación dispersa. Este tipo de colimación se llama COLIMACIÓN PREDETECTOR o POST-PACIENTE que tiene un funcionamiento parecido al de una rejilla en la radiografía convencional y COLIMACIÓN PRE-PACIENTE, que reduce la dosis que recibe el examinado. La colimación pre-paciente determina además el grosor de la sección de tejido que va a ser explorada.
7
Uno de los problemas de los escáneres de 3ª generación es la aparición ocasional de “artefactos en anillo”, que pueden deberse a que cada detector visualiza cada anillo de la anatomía y si falla un detector o un conjunto de ellos, aparecerá un anillo en la imagen reconstruida.
4.4.
Escáneres de Cuarta Generación
Tanto los equipos de TC de 4ª generación como los de 3ª solo tienen movimiento de rotación, pero en este caso solo gira el tubo y los detectores permanecen fijos. La detección de la radiación se consigue con un conjunto de al menos 100 detectores colocados en forma de circunferencia. El haz tiene forma de abanico al igual que en los de 3º generación. El tiempo de exploración es un segundo y se pueden explorar secciones anatómicas de grosor variable gracias a la colimación pre-paciente automática. Los exploradores de esta generación tienen como características principales: • • • •
El método de recopilación de datos es por medio del movimiento rotacional del tubo de rayos X alrededor de una corona estática de detectores enfrentados a él. El modo de corte es por un haz en abanico con continuos destellos pulsados durante los 360º que dura la rotación. Los detectores, en número de 424 a 2400, según las casas comerciales, se disponen formando un círculo cuyo centro es el cuerpo del paciente. El tiempo empleado en la realización y representación de un corte es de 1 a 12 segundos.
La disposición circular fija de los detectores en estos equipos no permite una trayectoria constante del haz desde la fuente hasta todos los detectores, pero cada detector puede ser calibrado y su señal normalizada durante cada proyección. Con estas máquinas suelen aparecer artefactos circulares. La calidad de la imagen que se consigue con estos escáneres es prácticamente igual a la que se consigue con los aparatos de tercera generación y aunque se han intentado comparar ambos equipos y decidir cual es mejor, se ha visto que la calidad de la imagen final depende en gran parte de las funciones matemáticas que se utilizan para reconstruirlas, o sea el sistema informático es lo que influye en ello.
4.5.
Escáneres de Quinta Generación
Los últimos diseños pretenden una mejor calidad de imagen con un menor tiempo de exploración y una menor dosis para el paciente. En esta clase de exploradores hay múltiples fuentes fijas de Rx que no se mueven y numerosos detectores también fijos. Son muy caros, muy rápidos y con tiempos de corte cortísimos.
4.6.
Escáneres de Sexta Generación
8
Se basan en un chorro de electrones. Es un cañón emisor de electrones que posteriormente son reflexionados (desviados) que inciden sobre láminas de tugnsteno. El detector esta situado en el lado opuesto del Gantry por donde entran los fotones. Consigue 8 cortes contiguos en 224 mseg.
4.7.
TAC Helicoidal
Gracias a los importantes avances del hardware en estos años, se ha logrado un nuevo método de tomografía computarizada (TC), el TAC helicoidal (TCH), que aprovecha el giro continuo de detectores y tubo productor de rayos X con el movimiento continuo de la mesa de estudio. El conjunto de todos estos movimientos hace que la resultante sea una espiral o hélice. Con esta forma de estudio conseguimos que el tiempo útil sea el 100%, mejorando considerablemente el tiempo de exploración. El TC espiral o helicoidal se utiliza desde 1989, siendo un instrumento de diagnóstico nuevo y de mejores prestaciones que los anteriores. El término “espiral” hace referencia al movimiento aparente del tubo de rayos X durante el examen. Con esta técnica es posible obtener mejores imágenes de estructuras anatómicas implicadas en los movimientos respiratorios, resultando muy adecuada en el estudio del tórax, abdomen y pelvis, aunque también nos permite obtener imágenes de otras regiones del cuerpo en las que no existen problemas de movimiento como son la cabeza, la columna y las extremidades. Los actuales equipos de TAC helicoidal se llaman TAC multidetector. La adquisición Helicoidal, implica tener que manejar una gran cantidad de datos, hecho que fue solucionado con nuevas computadoras, cada vez más rápidas, y con la utilización de disco duros, también de gran capacidad de almacenamiento. Fue necesario elaborar nuevos algoritmos de reconstrucción ya que ahora la adquisición, no se hace con la camilla parada, sino que ésta está en continuo movimiento. Los algoritmos tienen que ser capaces de reconstruir las imágenes en los distintos planos, como si la camilla estuviese parada.
4.7.1.
Principios de exploración
El movimiento de un aparato de TC espiral recuerda a las espiras formadas al estirar un muelle largo, pero el desplazamiento producido en esta técnica no es realmente una hélice. Cuando se inicia un examen, el tubo de rayos X gira de forma continua sin invertir su movimiento, mientras la camilla se desplaza con el paciente a través del plano de rotación del haz de RX. En todos los barridos de TC espiral se recogen los datos de manera continua. Con estos datos después podremos reconstruir la imagen de cualquier corte transversal del paciente a lo largo del eje Z.
9
Como en la TC espiral los datos se reciben de forma continua, al construir la imagen, el plano de la misma no contiene los datos suficientes para su reconstrucción. Por ello, para poder reconstruir la imagen en cualquier punto del eje Z se aplica un programa informático llamado “algoritmo de interpolación” (nos permite determinar un valor desconocido entre otros 2 conocidos).
4.7.2.
Diseño del escáner
La TC espiral ha sido posible gracias a la tecnología del “anillo deslizante”, que son dispositivos electromecánicos que conducen la electricidad y las señales eléctricas a través de anillos y escobillas situados en una superficie que gira sobre un soporte fijo. Gracias al anillo deslizante en la TC espiral la grúa gira de forma continua sin interrupción, diferenciándose así de la TC convencional, en la cual la grúa rota con pausas, durante las cuales la camilla del paciente se desplaza a la nueva posición y la grúa recupera su posición inicial. Por tanto, podemos decir que en la TC espiral el sistema de grúa de anillo deslizante permite que las señales eléctricas y la alimentación se realicen sin necesidad de tener gran cantidad de cables eléctricos externos. El tubo de RX también se diferencia del utilizado en la TC convencional (éste recibe energía durante 1 segundo para una rotación, en intervalos de 6 a 10 segundos, con lo cual el tubo se enfría entre un barrido y el siguiente), ya que el de la TC espiral recibe energía durante 30 segundos sin ninguna interrupción, debiendo tener una gran capacidad térmica y altas tasas de enfriamiento. Por esta razón son muy grandes. Los detectores empleados en la TC espiral son de estado sólido y están diseñado sobre una matriz que reduce la dosis que recibe el paciente, permitiendo tiempos de barrido más rápidos y mejoran la calidad de la imagen al aumentar la relación señal/ruido. El generador de alta tensión está diseñado para que quepa en la grúa rotatoria y debe tener una potencia máxima de 50 Kw. En la TC espiral el radiólogo y el técnico han de tomar más decisiones e invertir más trabajo que en la TC convencional. Su principal ventaja es la obtención de imágenes de estructuras anatómicas grandes sin que respire el paciente, pero los parámetros de la exploración se deben fijar según la capacidad de contención de la respiración que éste posea. La mayoría de los escáneres de TC espiral son capaces de tomar imágenes durante 60 s sin interrupción. Casi todos los pacientes pueden contener la respiración durante 40 s. Por consiguiente, existe una diferencia marginal de 20 segundos. Por ejemplo, si se requieren 45 s para obtener la imagen, será preciso aplicar saltos de barrido durante 15 s con intervalos de 10 segundos entre cada barrido, para dejar respirar al paciente. Los parámetros de la exploración que deben fijar los radiólogos y los técnicos son: • • • •
El tamaño del tejido que se examina. El movimiento de la camilla (mm/s que se desplaza, por ejemplo 8 mm/s). El paso (movimiento de la camilla por rotación de 360º/colimación) Colimación.
10
Además, deben elegirse otros factores como el tiempo de rotación, el algoritmo de reconstrucción y el intervalo de barrido de salto. Las imágenes de la TC espiral tienen mejor resolución espacial debido a que los datos se toman continuamente y las imágenes pueden solaparse. Por ejemplo, en la TC convencional un nódulo pulmonar calcificado puede no verse en las imágenes por estar situado entre 2 cortes, pero si se solapa la reconstrucción de las imágenes transversales, el nódulo saldrá en el corte central. Además, la TC espiral destaca en la reforma multiplanar tridimensional (RMP), apilando una imagen transversal sobre otra para construir un conjunto de datos en 3D, que puede utilizarse para formar la imagen de distintas maneras. Estos aparatos tienen la capacidad de realizar cortes axiales convencionales, además de poder realizar exploraciones tridimensionales, es decir, con este sistema, la captación de datos no es plano a plano, como en la TAC axial, sino que el resultado final es la adquisición de dicho volumen, por lo que al tener los datos de un volumen, podemos reconstruir planos en los tres ejes del espacio. Las imágenes solapadas en este caso no son producto de mayor radiación sobre la zona, sino que son producto de un complejo proceso matemático. Las reconstrucciones planares nos van a permitir la obtención de planos axiales, coronales, sagitales y también planos inclinados y curvos. Todo ello con buena calidad y en muy poco tiempo, lo cual va a ayudar mucho en la delimitación espacial de la patología. Con la reconstrucción tridimensional podemos además manejar el color que asignamos a un rango determinado de densidad, su transparencia e incluso su textura, por lo que asignando colores diversos a los diferentes rangos de densidad obtenemos unas imágenes espectaculares y de gran realismo. Las reconstrucciones tridimensionales abren un nuevo campo en las posibilidades de diagnóstico por imagen.
4.7.3.
TAC helicoidal multicorte
A finales de los años 90, se produce una mejora en la TAC helicoidal surgiendo la Tomografía Computada Helicoidal Multicorte, donde el tiempo de exploración ya se había reducido a 0,5 seg. Esta velocidad exponía a los componentes del Gantry a una fuerza centrífuga equivalente a 13 veces la fuerza que debe realizar el transbordador espacial en sus vuelos al espacio exterior. Esto hizo que se tuvieran que rediseñar los generadores de Rayos X (incorporados al Gantry), los Tubos de Rayos X, y las placas electrónicas que están en la parte móvil. Por otro lado se desarrollaron equipos con varias matrices de detectores para producir varios cortes al mismo tiempo en que antes se producía uno solo (los detectores Matriciales permitían la adquisición simultánea de 4 cortes por giro) Habiendo llegado a una importante frontera tecnológica (el giro de 0,5 seg. así lo parecía) era obvio que las mejoras iban a venir por el lado de adquirir más rápido antes que reducir aun más el tiempo de adquisición. Es cuando comienzan a surgir equipos que realizan 8 y 16 cortes simultáneos. Y actualmente ya se habla de 32 y 64 cortes por giro. Es obvio que esta tecnología ha revolucionado el diagnóstico por imagen ya que las ventajas introducidas son enormes.
11
Inicialmente, estos equipos tenían dos coronas de detectores situadas en paralelo para adquirir datos simultáneamente durante una sola rotación del sistema de exploración, dividiéndose el haz de rayos X en dos haces iguales por los colimadores pre-detectores de cada corona. Estos sistemas han ido evolucionando rápidamente, de forma que, hoy existen en el mercado equipos de TAC multicorte que poseen hasta 32 o más coronas de detectores dispuestas en paralelo. Las coronas de detectores pueden estar diseñadas con detectores de igual anchura o con detectores de anchura variable (asimétricos) y un colimador después del paciente que define la anchura del corte. En estos equipos, la señal de cada detector está conectada a un amplificador electrónico controlado por el ordenador, llamado sistema de adquisición de datos (DAS), que selecciona combinaciones de detectores para modificar los grosores de los cortes. Como ejemplo de equipos de detectores de anchuras variables ó asimétricos estaría el que utiliza 8 coronas de detectores de diferente anchura. Otros equipos llegan a utilizar hasta 32 coronas de detectores, cada uno con una anchura de 0,5 mm, siendo la anchura total de los detectores de 16 mm. Con este diseño se pueden obtener 4 cortes contiguos con anchura desde 0,5 mm cada uno, hasta 4 mm cada uno. Los cortes más anchos para un mismo miliamperaje tienen mejor contraste, ya que la señal detectada es mayor, pero tiene menos resolución espacial por el aumento del tamaño del vóxel. También se puede analizar un volumen de tejido más grande con el mismo contraste y un menor mA. Algunos equipos de TAC multicorte para compensar la pérdida de resolución espacial usan colimadores de detectores adicionales, pero tienen el inconveniente de desaprovechar rayos X, teniendo que aumentar el mA para conseguir la misma intensidad de señal. Por tanto, aumentará la dosis de radiación al paciente. A estos equipos se les denomina equipos de TAC multicorte de alta resolución. Entre los parámetros que hay que determinar en la exploración de TC multicorte están el factor de desplazamiento del haz y el factor de desplazamiento del corte (pitch). El factor de desplazamiento del haz relaciona el movimiento de la camilla del paciente por cada revolución de 360º por la anchura del haz de RX. Por ejemplo, con una matriz de 16 coronas de detectores de 1,25 mm de anchura cada uno, cuando usemos todos los detectores la anchura del haz sería 20 mm, si el movimiento de la camilla es de 20 mm, el factor de desplazamiento del haz es de 1,0.
Factor de desplazamiento del haz = movimiento del paciente/360º anchura del haz
Para el mismo equipo si sólo usamos los 8 detectores centrales, la anchura del haz será de 10mm (8x1,25mm=10mm) y el factor de desplazamiento del haz será de 2,0.
12
El factor de desplazamiento del corte o pitch del TC helicoidal es el movimiento del paciente cada 360º dividido por el grosor del corte.
pitch = Movimiento de la mesa en mm por giro (360º) Grosor de corte (mm)
El pitch determina la separación de las espirales, de tal manera que a 10mm de desplazamiento de la mesa por segundo, si cada giro dura un segundo, y el grosor de corte fuese de 10mm correspondería un pitch 1 ; o dicho de otro modo, el índice de pitch sería 1:1 Si, por ejemplo el grosor de corte fuese de 5mm y se mantuviese la misma velocidad de desplazamiento tendríamos: pitch = (10mm)/5 mm = 2 es decir, el índice de pitch sería de 2:1 Pitch = 1, equivale a decir que existe una traslación de la mesa igual que la colimación (grosor del corte) por cada rotación del gantry. Pitch = 2, indica que hay una traslación del doble de la colimación por cada rotación. Cuanto mayor es el valor del pitch, más estiradas estarían las espirales, mayor sería su cobertura, menor la radiación del paciente, pero menor sería la calidad de las imágenes obtenidas. El factor de desplazamiento del corte no tiene gran aplicación en el TC multicortes, teniendo más utilidad el factor de desplazamiento del haz. En la práctica el factor de desplazamiento del haz es normalmente 1,0. En la TC multicortes se pueden adquirir 4, 8 ó 16 cortes en el mismo tiempo en el que antes se adquiría uno solo. El ritmo de adquisición de cortes (SAR = slice adquisition rate) es una medida de la eficacia del sistema de adquisición de imágenes del TC multicortes. SAR = Cortes adquiridos cada 360º Tiempo de rotación Si el tiempo de rotación es 1 segundo por cada 360º, el SAR sería igual al nº de cortes adquiridos cada 360º.
13
La principal ventaja de la TC multicorte es que se puede analizar una cantidad más grande de tejido. Hoy en día es posible analizar el cuerpo entero en el tiempo en que el paciente aguanta la respiración una sola vez. El volumen de tejido estudiado se representa por la cobertura en el eje Z.
Z = SAR x W x T x B
Z = cobertura en el eje Z. SAR = N/R. N = nº de cortes. R = tiempo de rotación. W = anchura de corte. T = tiempo de análisis. B = factor de desplazamiento del haz.
4.7.4.
Ventajas de la TAC helicoidal La TAC helicoidal presenta una serie de ventajas como son:
1.- Velocidad: la velocidad de desplazamiento de la camilla se ha cuadriplicado con lo que los tiempos de adquisición se han reducido hasta en un factor de 4 en comparación con los TAC Helicoidal de corte único, incluso para colimaciones finas. Por ejemplo, se explora Toráx en apnea única de 11 segundos, Abdomen y Pelvis en 20 segundos, lo que es fundamental en pacientes pediátricos y politraumatizados. 2.- Mayor resolución: se emplea rutinariamente cortes de 1 y 5mm por lo que desaparecen prácticamente los artefactos por volumen parcial y mejora la calidad de las reconstrucciones multiplanares, especialmente útil en estudios angiográficos. 3.- Mayor calidad de la imagen: También contribuyen a mejorar la calidad de la imagen, al eliminar los artefactos debidos a la respiración del paciente, se acortan los tiempos de estudio y se logra un mejor aprovechamiento del medio de contraste. 4.- Colimación flexible: después de haber realizado el examen se puede elegir el espesor de corte independiente del grosor de colimación inicial. 5.- Reconstrucciones multiplanares isotrópicas (iguales dimensiones en sus 3 ejes): al trabajar los volúmenes con grosor subcentimétrico y con ello las reconstrucciones 2D son de idéntica resolución espacial que el axial. 6.- Rendimiento: dada la alta velocidad del examen los pacientes no están más de 10 minutos en la sala de examen, lo que implica que se puede incrementar la agenda hasta 5 pacientes por hora.
14
7.- Optimización del contraste endovenoso: por la rapidez de adquisición de las imágenes. 8.- Eliminación de cortes adicionales, ya que al manejar un volumen, es posible, luego de finalizado el estudio, hacer todas las reconstrucciones que uno quiera y en los planos que uno desee.
Las limitaciones de la TC helicoidal son poco importantes en comparación con sus ventajas y entre ellas están el requerir tubos de RX mayores y más costosos, así como un mayor tiempo de proceso debido a que se toman más datos y más imágenes.
5.
CONCLUSIÓN
A modo de conclusión podemos decir que la innovación del TC radica en que no almacena las imágenes de modo convencional, en un equipo de TC no existe un receptor de imagen como los usados en radiología convencional (película, tubo, intensificador), en la TAC el receptor de la imagen es el detector o el conjunto de detectores. La técnica ha vivido un verdadero avance tecnológico en poco tiempo llegando a los modernos aparatos de TAC helicoidal y Multicorte que nos abren un nuevo campo en las posibilidades de diagnóstico por imagen. Para finalizar y hacernos mejor una idea del valor de esta técnica, quisiéramos destacar, que en una estación de trabajo podemos incluso presentar en la pantalla imágenes de forma continua, lo cual produce un efecto de cine que constituye una realidad virtual, gracias a la cual es posible, por ejemplo en nuestra especialidad, navegar a través de las diversas estructuras anatómicas, incluso siendo éstas tubulares, como sería el caso del tubo digestivo, abriendo posibilidades casi inimaginables hace muy pocos años.
6. -
BIBLIOGRAFÍA Stewart C. Bushong.(1993). Manual de radiología para Técnicos. 1ª Edición. Ed. Mosby Juan R Zaragoza. (1992) Física e instrumentación médica Ed. Salvat Hofer. (2008). Manual Práctico de TAC. Ed. Médica Panamericana
15
