Principios físico TAC

Principios físico TAC

1. Historia

   • 1917
     • El matemático austriaco J. Radón demostró que era posible reconstruir la imagen de un objeto de 2 o 3 dimensiones a partir de un gran número de sus proyecciones
   • 1967
     • El ingeniero Godfrey Newbold Hounsfield dedujo la posibilidad de obtener información relativa a las estructuras internas de un objeto si a través de este se hacía pasar un haz de rayos X en todas direcciones, mientras se medía la radiación transmitida.
     • Godfrey Newbold Hounsfield desarrolló el principio de la tomografía axial computarizada
   • 1971
     • Atkinson Morleys' Hospital de Londres, se realiza el primer examen clínico con prototipo de TAC para exploraciones del cerebro
   • 1972
     • EMI presenta una versión comercial que fue acogida como un importantísimo avance por la comunidad de radiólogo
     • Congreso anual de radiología realizado en Londres, se presenta el TAC.
   • 1973
     • Inicio de producción de tomógrafos a nivel industrial y la instalación de múltiples equipos por el mundo
   • 1979
     • Hounsfield recibe el Premio Nobel de Fisiología y Medicina junto al físico nuclear de origen surafricano Allan MacLeod Cormack, que había desarrolla de manera independiente un tomógrafo en los EEUU
   • 1956
     • Allan MacLeod Cormack físico estadounidense de origen sudafricano trabajando en el departamento de Radiología del Groote schurr hospital evidencia el uso de haces de rayos x utilizados para el tratamiento de tumores, por ello idea una forma utilizar haces de rayos x de forma óptima, bajas dosis concentradas disminuyendo la afectación a tejido sano, gracias a sus cálculos matemáticos los cuales concluyeron en el uso de imágenes transversales, bases para el TAC

2. Evolución

   • Primera generacio
     • disponía de un solo tubo de rayos x y 1 o 2 detectores que se movían en conjunto, esto requería muchas mediciones generando tiempos de barrido por corte de alumnos 4 a 5 minutos, por lo tanto el tubo y el detector se desplazaba longitudinalmente por el paciente, encada corte giraba al rededor del paciente hasta completar 180 grados.
       • Lic. Pedro García Cartaya, Principios técnicos de la tomografía axial computarizada. La Habana. (2008). (p. 7)
   • Segunda generación
     • conserva el funcionamiento de la primera generación, se le agregan al menos 30 detectores y se generan haces de rayos x en abanico por lo tanto se disminuye el tiempo de adquisición a un promedio de 60 segundos.
       • Lic. Pedro García Cartaya, Principios técnicos de la tomografía axial computarizada. La Habana. (2008). (p. 7)
   • Tercera generación
     • equipo un detector en forma de arco móvil y en conjunto de un tubo de rayos x con haz en abanico, se desplaza en 360 grados, eliminando las traslación del paciente, implementa medidas para eliminar la radiación segundaria, su tiempo de adquisición es de 3 a 10 segundos.
       • Lic. Pedro García Cartaya, Principios técnicos de la tomografía axial computarizada. La Habana. (2008).(p. 8)
   • Cuarta generación
     • Entre 600 a 4800 detectores se agrupan en forma de anillo al rededor del paciente, el tubo de rayos x rota en 360 grados, el tiempo de adquisición es igual a la anterior generación, a diferencia de la anterior presenta problemas para equipar una rejilla que rechace la radiación secundar
       • Lic. Pedro García Cartaya, Principios técnicos de la tomografía axial computarizada. La Habana. (2008).(p. 9)
   • TAC helicoidal o espiral
     • El escáner de gira continuamente mientras la mesa se mueve con el paciente atravez de este, por lo que crea una trayectoria helicoidal. Esto permite que las imágenes se tomen a mayor velocidad esto represeta mayor cobertura en menor tiempo, la calidad de imagen es superior debido a su capacidad de detallado anatómico y reducción de artefactos por movimiento
       • Lic. Pedro García Cartaya, Principios técnicos de la tomografía axial computarizada. La Habana. (2008).(p. 10)
       • Lic. Pedro García Cartaya, Principios técnicos de la tomografía axial computarizada. La Habana. (2008).(p. 11)

3. generación de imágenes

   • En este equipo se producen rayos x en abanico, los cuales al ser disparados pasan por el cuerpo objetivo hasta llegar a una serie de detectores los cuales miden su intensidad de absorción de dicha radiación ( coeficiente de atenuación), el tubo de rayos x rota alrededor del paciente, los detectores pueden girar o estar fijos alrededor del paciente. El coeficiente de atenuación de cada corte son enviados en forma de datos a una computadora que al procesarlos (analiza, compara y agrupa) crea pixeles que al agruparse generan una imagen bidimensional principalmente en un corte transversal o en tajada con una escala de grises, evitando así la superposición de tejidos, logrando evidenciar todos los tejidos presentes.

4. Presentación de la imagen por TC

   • Consiste en mostrar las imágenes obtenidas del cuerpo en "cortes" que se pueden ver en diferentes planos (axial, coronal, sagital , oblicuo, 3D). Estos cortes permiten a los médicos observar el interior del cuerpo en detalle.

5. ventana y escala Hounsfield

   • Ventana
     • el termino “ventana” hace referencia al ajuste que se realiza a las imágenes donde es posible resaltar los tejidos sobre otros, permitiendo una adecuada interpretación de las imágenes gracias a que permite observar las diferentes densidades clasificadas en las escalas Hounsfield, las ventanas presentan 3 parámetros que permiten su adecuado funcionamiento.
       • Rango de ventana: intervalo de unidades Hounsfield representada en escala de grises.
       • Nivel de ventana: centra o define que unidades Hounsfield aparecen en gris medio
   • Escala Hounsfield
     • Escala donde se clasifican unidades de atenuación, las cuales en base a su numero se relacionan con un tejido, siendo las unidades hipodensas negativas y las híper intensa positivas, por lo tanto el valor inicial en -1000UH siendo este le valor del aire, su punto medio es 0UH siento este el valor del agua y finalmente +1000UH el valor del hueso.
       • J.costa y J.Soria,2015,Tomografía Computarizada dirigida a técnicos superiores en imagen para el diagnóstico, editorial ELSEVIER (p.8)

6. Componentes del equipo

   • Gantry: es una estructura de polímero en forma de anillo o aro que contiene el tubo de rayos x, colimadores, detectores y otros instrumentos electrónicos necesarios para la exploración, el Gantry tiene la capacidad de girara alrededor del paciente y trasladarse en un eje longitudinal.
   • Tubo de rayos X: es una estructura de vidrio en forma de tubo y similar a una bombilla, de una forma sencilla se puede decir que este bombillo cuenta con filamento denominado cátodo el cual es negativo y al aplicarse calor emite electrones los cuales son atraídos por el ánodo el cual es positivo, esto hace que produzca el fenómeno denominado radiación de frenado esto produce rayos x y calor. El tubo de rayos x cuenta con un blindaje y solo tiene una ventana por donde deja salir los rayos x y cuenta con un sistema de dispersión de calor independiente.
   •  Colimadores: es un dispositivo similar a una rejilla el cual esta construido en un metal denso como el plomo el cual limita el paso de rayos x a una apertura variable, esto evita la radiación innecesaria del paciente, el haz de rayos x solo se concentrara el la estructura deseada y evita fenómenos como la radiación dispersa interfiera con la imagen.
   • Detectores: son elementos ubicados en el Gantry los cuales están opuestos al rayos x, se encargan de detectar los rayos x que atraviesan el cuerpo en estudio, estos rayos x llegan al detector donde al interactuar produce un luz o destello donde se convierte en una señal eléctrica que se envía a un ordenador.
   • Sistema informático: se describe como el núcleo o cerebro del equipo, dado que controla todos los parámetros de funcionamiento, recibe y procesa las señales eléctricas enviadas por el detector reconstruyendo los cortes y generando imágenes que pueden ser manipuladas para su interpretación.

7. Factor pitch

   • Es el índice de desplazamiento de la mesa durante una rotación completa del gantry respecto al espesor del corte. Por ejemplo, un Pitch =1 significa que durante un giro completo del gantry, la mesa del paciente se desplaza una distancia igual al espesor del corte. Si este espesor es de 5 mm, entonces la mesa avanzará 5 mm por cada giro de 360° del tubo de rayos X, alrededor del paciente.
     • Pitch = 1: La mesa avanza una distancia igual al grosor del corte en cada rotación completa del tubo. Esto genera una cobertura completa sin solapamientos ni espacios entre cortes.
     • Pitch < 1: La mesa avanza menos de una distancia de corte por cada rotación, lo que provoca que las imágenes adyacentes se solapen. Esto aumenta la dosis de radiación al paciente, pero mejora la resolución espacial en el eje longitudinal (más detalles en las imágenes).
     • Pitch > 1: La mesa avanza más de una distancia de corte por rotación, lo que significa que hay espacios entre los cortes. Esto reduce la dosis de radiación pero puede disminuir la resolución de la imagen y generar artefactos.
     • Importancia del pitch
       • Resolución de la imagen: cuando este factor es menor a 1 aumenta la resolución de las imágenes captadas debido a que se dispone de mayor información.
       • Mayor cobertura en menor tiempo: un factor mayor a 1 hace que un estudio se realice en menor tiempo y cubra un área mayor
       • Manejo de las dosis: si este factor es menor a 1 genera que el paciente reciba mayor dosis de radiación, por el contrario si el factor es mayor a 1, la dosis de radiación será menor a la esperada.

8. Características de la imagen

   • Atenuación: absorción o dispersión de la radiación al pasar por los tejidos, por lo que las diferentes intensidades de la radiación captada por el receptor permite crear una imagen.
     • Factores relacionados con la atenuación
       • Escala de Hounsfield (UH): mide la densidad de un tejido en comparación a el agua (0UH), el aire (-1000) y el metal (1000).
       • Contraste de imagen: es la diferencia de atención entre tejidos representada en escala de grises que permite diferenciarlos en la imagen.
   • Reconstrucción de la imagen: proceso que realiza la computadora en el cual los datos crudos recolectados por el scanner son convertidos en imágenes donde se pueden analizar los cortes.
     • Características de la reconstrucción de la imagen
       • Datos de proyección: registro de atenuación de los rayos x por los tejidos que es recolectados por los detectores, datos que pertenecen a un mismo conjunto de estructuras desde diferentes ángulos.
       • Algoritmo de reconstrucción
         • Reconstrucción retro proyectada: superposición de diferentes proyecciones con diferentes ángulos, siendo esta la técnica mas básica.
         • Filtrado de retroproyecciones: al algoritmo de retroproyección se le aplica un filtro matemático antes de generarse, permitiendo una mejor nitidez y resolución de la imagen, método estándar en TC.
         • Filtrado de retroproyecciones: al algoritmo de retroproyección se le aplica un filtro matemático antes de generarse, permitiendo una mejor nitidez y resolución de la imagen, método estándar en TC.
         • Reconstrucción multiplicar (MPR): una vez reconstruidos los cortes axiales, se pueden generar vistas en plano coronal, sagital y oblicuo.
         • Reconstrucción 3D: en base a los cortes ya tomados, se genera una imagen tridimensional de estructuras a elección, útil para valoración de fracturas ósea complejas y visualización de los vasos sanguíneos. En este tipo reconstrucción se incluyen técnicas como la renderización de volumen, máxima intensidad de proyección (MIP).
         • Reconstrucción volumétrica (isotrópica): los escáneres de TC modernos la emplean, obtiene cortes muy finos con pixeles tridimensionales que cuentan con la misma resolución en sus tres dimensiones, esto representan que las imágenes no perderán calidad sin importar el plano.
         • Reconstrucción de la imagen a partir de la densidad: durante la reconstrucción los datos son relacionados con valores iguales en la escalada de Hounsfield, cuando se genera la imagen en escala de grises se puede apreciar las diferentes densidades de los tejidos presentes.

9. Artefactos

   • Los artefactos se describen como estructuras que aparecen en la imagen las cuales no deben estar presentes en el área examinada por lo que la imagen pierde valor diagnostico
     • Artefactos por movimiento del paciente: siendo el mas frecuente se presenta por el movimiento voluntario o involuntario del paciente, se evidencia en la imagen rayas, desenfoque y borrosidad.
     • Artefactos fuera de campo: el objeto a estudiar no se halla en su totalidad dentro del área de irradiación, en la imagen se evidencia rayas y sobras.
     • Artefactos por movimiento del sistema: se produce por vibración del sistema tubo detector o de la mesa de exploración, se atribuye a avería del sistema.
     • Artefactos por endurecimiento del haz: la energía del haz aumenta al atravesar una estructura debido a la perdida de fotones de baja energía y permanencia de fotones de alta energía, generándose bandas en la imagen que generan medidas erróneas en la reconstrucción.
     • Artefacto por un error de estabilidad: se produce por perdida de sensibilidad de un detector o un grupo de estos, en la imagen se evidencia anillos concéntricos o con rayas que aumentan el ruido de la imagen.
     • Artefacto por falta de linealidad: la medición de un detector difiere con los detectores vecinos puede generar en la imagen un anillo o rayas parciales.
     • Artefacto metálico: se produce cuando existe un objeto metálico en los tejidos, produciendo en la imagen una estrella que oculta los otros tejidos.
     • Artefactos debido a aliasing: se produce cuando en una secuencia de corte el detector mide un fotón extraordinariamente atenuado y pasa a medir un fotón con atenuación normal o baja, esto genera un retardo en el tiempo de reacción del detector por lo que la imagen se presenta una falso halo de atenuación alrededor del objeto que produjo en artefacto.
     • Artefacto por reducción de fotones: si a los detectores llegan un numero bajo de fotones se origina una falta de señal lo cual aumenta el ruido en la imagen.
     • Artefacto de volumen parcial: se produce cuando varios tejidos ocupan un mismo vóxel y algunos lo hace de forma parcial, esto genera en la imagen densidades erróneas.
     • Resolución espacial isotrópica en 3D: cuando el vóxel no es isotrópico y el grosor de corte supera 1 mm o el tamaño de pixel, genera una imagen de poca calidad.

10. Importancia de la dosis en TC

    • Dado que en TC se aplican dosis superiores a las suministradas en radiología convencional, se debe extremar el cuidado, cumpliendo con la consigna de menor dosis posible que permitan obtener imágenes de excelente calidad diagnostica.
    • Factores que influyen en la dosis en TC
      • Parámetro de escáner
        • Voltaje del tubo (KVp): este parámetro controla la energía con la que los rayos x penetran los tejidos densos, por lo cual a mayor energía, mayor penetración y mayor dosis, a menor energía, menor penetración, menor contraste, menor dosis.
        • Corriente tubo (mA): a una mayor cantidad de rayos x generados, mayor radiación, mas señal-menos ruido.
        • Tiempo de escaneo: entre mayor sea el tiempo de escaneo, mayor será la dosis recibida.
      • Pitch
        • Al generarse un pitch alto la dosis de radiación será menor generando una imagen de menos calidad, un pitch mas bajo genera mayor dosis con mejor resolución.
      • Grosor y corte
        • Grosor y corte: cortes delgados requieren mayor radiación para mantener una buena calidad de imagen, cortes gruesos reducen la dosis recibida pero disminuye la resolución espacial.

11. Dosis

    • Calculo de dosis
      • En TC se realizan principalmente 3 cálculos.
        • Dosis absorbida: cantidad de energía que se deposita la radiación ionizante en un tejido específico representada en miligrays (mGy).
        • Producto de dosis-longitud (DLP): indica la dosis absorbida en la longitud de la región del cuerpo escaneada, se expresa en mGy-cm, siendo una medida mas completa que la dosis absorbida.
        • Dosis efectiva: esta medida estima el riegos de efectos biológicos estocásticos al consideras la sensibilidad de diferentes tejidos y órganos a la radiación, se expresa en milisieverts (mSv)
    • Medidas para disminuir y optimizar la dosis
      • AEC: al activarse la modulación automática de corriente, encontraremos que el tubo de rayos x producirá la radiación óptima para el tejido a estudiar.
      • Ajustes del voltaje: al ajustar el kVp en base al tejido el cual se necesita penetrar, ajustara la dosis de radiación recibida por el paciente.
      • Utilizar técnicas de reconstrucción iterativa: si el equipo de TC cuenta con estás técnicas se recomienda hacer uso de ella, esto generar imágenes de alta calidad a menor dosis de radiación.
      • Reducción del número de fases: en la planificación del estudio se debe determinar las fases a estudia, esto en base a que un número de fases alto aumenta la dosis de radiación.
      • Colimación del haz: una colimación adecuada hace que tejidos que no están incluidos en el estudio no sean irradiados
      • Uso de protocolos: se debe contar y aplicar protocolos específicos para cada población en base a su sensibilidad.
      • Optimización del grosor de corte: en base a l información clínica y los resultados que se esperan hallar se debe ajustar el grosor de corte, altos detalles-altos dosis.
      • Pitch: en base la calidad de la imagen y la exposición se debe ajustar el pitch.
      • Justificación del estudio: evaluar si un estudio de TC es el adecuado en base a la clínica presentada.
      • Sistemas de monitoreo de dosis: se deben implementar sistemas de monitoreo de dosis en tiempo real durante el estudio, como una forma de vigilar, garantizar y corregir las dosis suministradas.
    • Parámetros técnicos que influyen en la dosis
      • Tamaño de vóxel: se define como la unidad tridimensional de la imagen, donde su tamaño va a depender de los parámetros de corte, el campo de visión y la matriz de reconstrucción. El vóxel influye directamente en la resolución espacial.
      • Grosor de corte (slice thickneess): es el espesor de cada sección o corte de la imagen que se genera durante la reconstrucción, influyen directamente en el detalle de la imagen.
      • Espacio de corte (slice intervalo):es el espacio que existe entre el inicio de un corte y el inicio de otro corte, donde el espacio es igual al grosor del corte (corte contiguos) utilizados en reconstrucción volumétrica, cuando el espacio de cortes es menor al grosor de corte (corte superpuesto) utilizado para mejor la resolución de la imagen.
      • Campo de visión 8Field of view, FOV): área del cuerpo a visualizar en al imagen, influye en la resolución espacial.
      • Matriz de reconstrucción: es la matriz de píxeles donde se generara la imagen, siendo común una matriz de 512x512 o también 1024x1024 píxeles. Este factor influye en la resolución anatómica y el tamaño del archivo alojado en el equipo de computo.
      • Kernel de reconstrucción ( filtro): algoritmo que emplea durante la reconstrucción que interactúa con las características de la imagen como la suavidad, el detalles entre otros, se divide en: Kernel suave: reduce el ruido y la resolución espacial, útil en imágenes de órganos blandos. Kernel agudo (sharp): mejora la resolución espacial y el detalle de bordes, útil en detalles óseos
      • Algoritmo de reconstrucción: es el calculo matemático que se usa para generar una imagen a partir de los datos recolectados
      • Reconstrucción multiplanar (MPR): técnica que permite la reconstrucción de una imagen en planos acial, coronal y sagital en base a datos volumétricos
      • Reconstrucción 3D y volumétrica: se emplea para construir imágenes tridimensionales de estructuras específicas a partir de los datos de la TC.
      • Reconstrucción de imágenes con bajo nivel de ruido: algoritmos que permiten generar imágenes con bajo nivel de ruido con dosis bajas de radiación.
      • Post-procesamiento técnicas adicionales aplicadas a las imágenes ya reconstruidas, donde se ajusta contraste, ventana y nivel, fusión de imagen, etc. Mejorando la interpretación de la imagen.
    • Modulación automática de la dosis
      • El sistema AEC, es un ajuste automático a la corriente que se aplica al tubo de rayos x durante el escaneo del tejido a estudiar, esto ajusta la dosis a niveles óptimos.
        • Clasificación
          • Modulación en Z (longitudinal): ajusta la corriente del tubo cuando se desplaza a lo largo del paciente, este ajuste se da en base a la morfología encontrada a lo largo del cuerpo del paciente.
          • Modulación XY (angular): la corriente del tubo se ajusta en un plano axial durante la rotación del tubo de rayos x, donde se optimiza la dosis en base al Angulo de la proyección.
          • Modulación combinada: se combinan las modulaciones Z y XY, donde se garantiza una optimización de las dosis de forma tridimensional.

12. Protección de órganos radiosensible

    • Optimización del protocolo: ajustar los parámetros técnicos a las características, kVp y mAs deben ser lo mínimo posible pero que no afecten la calidad de la imagen.
    • Uso de blindajes: se emplearán protectores plomados para cubrir zonas donde se hallen órganos radio sensibles que no estén incluidos en el estudio, se puede apoyar con material radio opaco como cortinas que se posicionan en el limite del estudio.
    • Limitación del campo de exposición: se debe realizar una correcta colimación que delimite el área a escanear, realizar escaneos de grandes áreas solo si es necesario.
    • Justificación del examen: realizar un estudio solo, si es el más óptimo
    • Educación: el personal debe estar en formación continua en búsqueda de garantizar en cada estudio dosis mínimas con la mejor imagen, generar conciencia en los pacientes de por que debe estar tranquilo y quieto en cada estudio.
    • Tecnologías nuevas: de ser posible emplear equipos actuales que envase a su tecnología avanzada reconstruyen imágenes de mejor calidad a menor dosis, y emplean sistemas de monitorización de dosis que permiten irradiar de forma óptima en base al tejido a estudiar.

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