¿Qué es una tomografía Computarizada?

La tomografía computarizada (TC) o tomografía axial computarizada (TAC), es un procedimiento que integra proyecciones tomadas desde diferentes ángulos alrededor del cuerpo mediante rayos X para, posteriormente, mediante un procesamiento informático, generen imágenes de los planos anatómicos, donde se pueden visualizar estructuras óseas, vasos sanguíneos y tejidos del organismo. Esta modalidad de imagen diagnóstica proporciona una información más detallada y precisa que las radiografías convencionales.

Usos de la tomografía

La utilidad de una TC es la obtención de imágenes donde se pueden visualizar fracturas óseas complejas, articulaciones severamente erosionadas o tumores. Asimismo, se puede seguir la evolución clínica del paciente ante lesiones, sangrados y tumores. Además, es de gran utilidad para la planeación quirúrgica, ya que puede proporcionar una representación tridimensional de las diversas estructuras anatómicas mediante un posprocesamiento de la imagen al realizar la reconstrucción VRT, en, por ejemplo, estructuras vasculares (ver figura 1) u órganos segmentados (como en el caso de la segmentación hepática para la planeación quirúrgica).

Figura 1. Reconstrucción VRT de las arterias Carótidas y sus ramificaciones. Tomada de 3D VRT.

Principios físicos de Tomografía

La tomografía computarizada se basa en la reconstrucción de la imagen a través de distintas proyecciones de rayos X emitidos por un tubo generador. Este está ubicado dentro de un bloque que gira en torno a la estructura anatómica de interés del paciente. Estos rayos X atraviesan el cuerpo y se detectan en el lado opuesto por unos detectores que captan su intensidad, la cual está influenciada por la composición y densidad de los tejidos y estructuras óseas propias de la condición clínica del paciente, esto sucede debido al efecto de una variable física llamada coeficiente de atenuación, la cual describe cómo los procesos de absorción y dispersión afectan la intensidad de luz de los rayos X al atravesar el cuerpo humano. Esto generará un conjunto de datos crudos (RAW DATA). En la figura 2 se ilustra el movimiento de la fuente emisora de rayos X sobre el área anatómica de interés del paciente con el objetivo de realizar las proyecciones necesarias para generar la imagen tomográfica.

Figura 2. Proceso de Adquisición de una tomografía, tomado de “Basic Principles of Computed Tomography Physics and Technical Considerations”

La imagen se reconstruye a partir de las mediciones de los coeficientes de atenuación detectados a través de los sensores que permiten su digitalización. Se utilizan estas mediciones para reconstruir los planos ortogonales (axial, sagital y coronal) del paciente mediante el uso de algoritmos matemáticos complejos de reconstrucción de imágenes. La visualización de la imagen reconstruida es la unión de las distintas proyecciones.

La retroproyección (conocida en inglés como backpropagation) es uno de los algoritmos más empleados para reconstruir imágenes tomográficas, este método consiste en, una vez realizada la digitalización de las distintas proyecciones de rayos X emitidas, obtener las matrices de pixeles que se fusionarán para crear la imagen, como lo ilustra la figura 3.

Figura 3. Algoritmo de retroproyección (backpropagation) a) matrices de pixeles generados por la digitalización de las proyecciones de los haces de rayos X, b) Aplicación del algoritmo retroproyección utilizando solamente las proyecciones de 0° a 90°. C) retroproyección a partir de todas las proyecciones realizadas en el ejemplo. Imagen tomada de ResearchGate

Existen otros algoritmos de reconstrucción de imágenes más complejos que la retroproyección, como lo son la reconstrucción iterativa estadística y reconstrucción iterativa basada en modelos (MBIR, por sus siglas en inglés), ambos aplican una secuencia de pasos para refinar iterativamente los datos de imagen con el fin de reducir el ruido y preservar la resolución. El flujograma de los algoritmos previamente mencionados se ilustra en la figura 4.

Figura 4. Esquemático simplificado de la reconstrucción primaria de la imagen tomográfica mediante diferentes algoritmos computacionales. Extraído de “Basics of iterative reconstruction methods in computed tomography: A vendor-independent overview:”

Antes de la visualización, los datos se re-escalan en unidades Hounsfield (UH), a través de una transformación lineal de los coeficientes de atenuación sensados, donde cuenta con valores de -1000 hasta 1000. Los valores más negativos representan una menor densidad, por eso el valor mínimo corresponde al aire, la mitad de esta escale se identifica con el agua (0 UH) y la más densa positiva es el hueso cortical, existen valores intermedios que relacionan las densidades y diversas estructuras anatómicas del cuerpo humano, como ilustra la figura 4.

Figura 4. Escala de Hounsfields. Tomado de: Hounsfield Units (Where do CT numbers come from?

Figura 5. Se exhibe la composición final de una imagen de tomografía en 2D y 3D, junto con sus respectivas unidades fundamentales: el píxel y el vóxel. Las variadas tonalidades de grises que se observan representan las distintas densidades presentes en esa ventana anatómica, las cuales son medidas en unidades Hounsfield, tomada de Desentrañando la tecnología de la tomografía computarizada helicoidal multicorte (TCMC)

Entorno Clínico de la tomografía:

El entorno clínico de la adquisición de tomografía se compone de:

• Una sala acondicionada que cumpla con los estándares de protección radiológica (por ejemplo, en Colombia, la resolución 482 de 2018)
• La estación de trabajo donde se procesa la reconstrucción de los planos ortogonales de la tomografía, la cual es operada por los tecnólogos. Una vez la reconstrucción está lista, se envía a un sistema RIS/PACS, donde la imagen de tomografía puede ser visualizada por el radiólogo y predispuesta para su respectivo posprocesamiento.

Figura 6. Representación de las partes del entorno clínico de adquisición de una imagen tomográfica, compuesta por el tomógrafo, estación de trabajo para los tecnólogos y consolas de visualización para la lectura y posprocesamiento de la tomografía computarizada. Tomado de https://enmiradiologia.blogspot.com/2016/12/tomografia.html

Partes principales de un tomógrafo

El tomógrafo consta de tres partes principales: el tubo de rayos X, la unidad de exploración y el sistema de captura de la imagen o digitalización.

Tubo de rayos X: funciona como un convertidor específico de energía, recibiendo energía eléctrica y convirtiéndola en otras dos formas de energía: radiación X (1%) y calor (99%).

Unidad de exploración (Gantry): Es la estructura que contiene el tubo de rayos X, el obturador y el colimador. Esta unida se encuentra diseñada para girar 360 grados alrededor del paciente (NCBI).

Sistema de captura de la imagen o digitalización: Está compuesto por un sistema de sensores que se encargar de realizar la transducción de la intensidad de los rayos X que atraviesan el paciente en una señal eléctrica, con el fin de ser digitalizada y poder formar los pixeles que posteriormente serán usados para realizar la reconstrucción de la imagen.

Figura 7. Principales partes de un tomógrafo. Tomada de ResearchGate

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Si deseas conocer más acerca de la generación de imágenes diagnosticas con rayos X te recomiendo darle una ojeada al post sobre ¿Cómo funciona un equipo de rayos X?

Referencias

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Bell, D., & Nadrljanski, M. (2010). Computed tomography. En Radiopaedia.org. Radiopaedia.org.

Computed tomography (CT). (2023, agosto 15). U.S. Food and Drug Administration; FDA. https://www.fda.gov/radiation-emitting-products/medical-x-ray-imaging/computed-tomography-ct

Goldman, L. W. (2008). Principles of CT: Multislice CT. Journal of Nuclear Medicine Technology, 36(2), 57–68. https://doi.org/10.2967/jnmt.107.044826

Hoja informativa sobre exploraciones con tomografía computarizada (TC) para el cáncer. (2019, mayo 12). Instituto Nacional del Cáncer. https://www.cancer.gov/espanol/cancer/diagnostico-estadificacion/hoja-informativa-tomografia-computarizada

Seibert, J. A. (2014). Iterative reconstruction: how it works, how to apply it. Pediatric Radiology, 44(S3), 431–439. https://doi.org/10.1007/s00247-014-3102-1

Stiller, W. (2018). Basics of iterative reconstruction methods in computed tomography: A vendor-independent overview. European Journal of Radiology, 109, 147–154. https://doi.org/10.1016/j.ejrad.2018.10.025

Tomografía computarizada (TC). (s/f). National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering. Recuperado el 15 de febrero de 2024, de https://www.nibib.nih.gov/espanol/temas-cientificos/tomograf%C3%ADa-computarizada-tc