Imagen médica

Imagen médica en medicina nuclear.

Se llama imagen médica al conjunto de técnicas y procesos usados para crear imágenes del cuerpo humano, o partes de él, con propósitos clínicos ( procedimientos médicos que buscan revelar, diagnosticar o examinar enfermedades) o para la ciencia médica (incluyendo el estudio de la anatomía normal y función).

Como disciplina en su sentido más amplio, es parte de la imagen biológica e incorpora la radiología, las ciencias radiológicas, la endoscopia, la termografía médica, la fotografía médica y la microscopía (por ejemplo, para investigaciones patológicas humanas). Las técnicas de medida y grabación, que no están diseñadas en principio para producir imágenes, tales como la electroencefalografía ( EEG) y la magnetoencefalografía ( MEG) y otras que sin embargo producen datos susceptibles de ser representados como mapas (pues contienen información relacionada con la posición), pueden considerarse también imágenes médicas.

En el contexto clínico, la imagen médica se equipara generalmente a la radiología o a la "imagen clínica" y al profesional de la medicina responsable de interpretar (y a veces de adquirir) las imágenes, que es el . La radiografía de diagnóstico designa a los aspectos técnicos de la imagen médica y en particular la adquisición de imágenes médicas. El o el tecnólogo de radiología es responsable normalmente de adquirir las imágenes médicas con calidad de diagnóstico, aunque algunas intervenciones radiológicas son desarrolladas por radiólogos.

Como campo de investigación científica, la imagen médica constituye una subdisciplina de la ingeniería biomédica, la física médica o medicina, dependiendo del contexto: investigación y desarrollo en el área de instrumentación, adquisición de imágenes (e.g. radiografía), el modelado y la cuantificación son normalmente reservadas para la ingeniería biomédica, física médica y ciencias de la computación; la investigación en la aplicación e interpretación de las imágenes médicas se reserva normalmente a la radiología y a las subdisciplinas médicas relevantes en la enfermedad médica o área de ciencia médica ( neurociencia, cardiología, psiquiatría, psicología, etc) bajo investigación. Muchas de las técnicas desarrolladas para la imagen médica son también aplicaciones científicas e industriales.

La imagen médica a menudo se usa para designar al conjunto de técnicas que producen imágenes de aspectos internos del cuerpo (sin tener que abrirlo). En este sentido restringido, las imágenes médicas pueden ser vistas como la solución del problema inverso matemático. Esto significa que la causa (las propiedades del tejido viviente) se deducen del efecto (la señal observada). En el caso de la ultrasonografía la sonda es el conjunto de ondas de presión ultrasónicas que se reflejan en el tejido, y que muestran su estructura interna. En el caso de la radiografía de proyección, la sonda es radiación de rayos X, que son absorbidos en diferente proporción por distintos tipos de tejidos, tales como los huesos, músculos o grasa.

Tecnología de imagen moderna

Fluoroscopía

La fluoroscopía produce imágenes en tiempo real de estructuras internas del cuerpo; esto se produce de una manera similar a la radiografía, pero emplea una entrada constante de rayos x. Los medios de contraste, tales como el bario o el iodo, y el aire son usados para visualizar cómo trabajan órganos internos.

La fluoroscopía es utilizada también en procedimientos guiados por imagen cuando durante el proceso se requiere una realimentación constante.

Imagen de resonancia magnética (MRI)

Cerebro explorado con MRI.
Imagen combinada IRM/PET de la cabeza.

Un instrumento de imágenes por resonancia magnética ( Scaner MRI) usa imanes de elevada potencia para polarizar y excitar núcleos de hidrógeno (protón único) en moléculas de agua en tejidos humanos, produciendo una señal detectable que está codificada espacialmente produciendo imágenes del cuerpo. Resumiendo, MRI implica el uso de tres clases de campos electromagnéticos: un campo magnético estático muy fuerte para polarizar los núcleos de hidrógeno, llamado el campo estático, de un orden de unidad de teslas; un campo variante (en el tiempo, del orden de 1 kHz) más débil para la codificación espacial, llamado el campo de gradiente; y un campo de radio-frecuencia débil para la manipulación de los núcleos de hidrógeno para producir señales medibles, recogidas mediante una antena de radio-frecuencia. Como CT, MRI crea normalmente una imagen 2D de una "rebanada" delgada del cuerpo y por tanto es considerada una técnica de imagen tomográfica.

Los instrumentos modernos de MRI son capaces de producir imágenes en forma de bloques 3D, que se pueden considerar una generalización del concepto tomográfico de la "rebanada" individual. A diferencia del CT, MRI no implica el uso de radiación ionizante y no está por tanto asociada con los mismos riesgos para la salud; por ejemplo, no hay efectos conocidos a largo plazo por la exposición a campos estáticos fuertes (esto es materia de algunos debates; vea 'Seguridad' en MRI) y por tanto no hay límite en el número de exploraciones a las que una persona puede ser expuesto, en contrates con los rayos X y CT. Sin embargo, hay asociados riesgos conocidos para la salud con el calentamiento de tejidos por la exposición a campos de radio-frecuencia y la presencia de dispositivos implantado en el cuerpo, tales como marca-pasos. Estos riesgos están estrictamente controlados tanto en la parte de diseño de los instrumentos como en los protocolos de exploración utilizados. Debido a que CT y MRI son sensibles a diferentes propiedades de los tejidos, la aparición de imágenes obtenidas con las dos técnicas difieren considerablemente. En CT, rayos X deben ser bloqueados por alguna forma de tejido denso para crear una imagen, por lo tanto la calidad de la imagen en tejidos blandos será pobre. Un MRI puede "ver" únicamente objectos basados en hidrógeno, así que los huesos, que está basados en calcio, serán anulados en la imagen, y no tendrán efectos en la visión de tejidos blandos. Esto lo hace excelente para examinar el interior del cerebro y las articulaciones.

La MRI (conocido originalmente como NMR imaging) sólo ha sido usado desde principios de los 80. Efectos a largo plazo, o exposición repetida, a los campos magnéticos estáticos intensos no son conocidos.

Medicina Nuclear

Imagen obtenida en un cintigrama óseo utilizando como radiotrazador Tc-99m MDP. 

Área de la imagen medica que utiliza isótopos, para la obtención de imágenes clínicas. Para su obtención se asocia un isótopo , generalmente emisores gamma de vida media corta a un fármaco de absorción biológica especifica, esta asociación es conocida como radiofármacos ó radiotrazador. Posteriormente el paciente es inyectado (generalmente vía intravenosa) con esta sustancia radiactiva, la cual luego de un tiempo determinado, se depositara y fijara en una región farmaco especifica del cuerpo. La dosis administradas al paciente se determinan con un activímetro, el cual debe estar bien calibrado y su respuesta debe ser fidedigna. Para su detección se utiliza equipo llamado gamma camara el cual detecta la distribución las desintegraciones del radiotrazador dentro del organismo. Esta técnica diagnóstica presenta alta sensibilidad fisiológica sin embargo baja especificidad anatómica. Esto permite detectar cambios metabólicos antes que estos tengan manifestaciones detectables por otras técnicas imagenológicas. Un estudio frecuente es el cintigrama óseo el cual se usa a fin de detectar transformaciones en el metabolismo óseo, permitiendo un análisis funcional de la matriz mineral, utilizado frecuente para determinar alteraciones de patrones normales a fin de realizar una evaluación correcta.

Para su realización se utiliza el isótopo tecnecio99 meta estable el cual es unido al fármaco llamado MDP (Metilendifosfonato), la intensidad de fijación es proporcional al grado de actividad osteoblástica, la cual está aumentada en toda lesión ósea.   Otros estudios de uso frecuente son , cintigrama tiroideo, cintigrama pulmonar ,función renal ,entre otros.  
Imagen del cerebro

La imagen anterior es una imagen del cerebro. Es una prueba que permite el diagnóstico del parkinson. Se trata de una imagen tomográfica (SPECT).

Desde el punto de vista de protección radiológica se debe considerar que para este tipo técnica imagenológica el paciente es la fuente radiactiva por tanto se deben tomar las precauciones a fin de no exponer de forma innecesaria a miembros del público.

Con el objeto de obtener una imagen medica confiable que permita minimizar errores diagnósticos asociados al proceso de adquisición de imagen así como diferentes parámetros de funcionamiento de la instrumentación en medicina nuclear , se hace indispensable contar con un sistema de control de calidad, el cual implica trabajar con imágenes digitales cuya evaluación y prueba supone el procesado y análisis de las imágenes. Este análisis puede ser realizado con los programas que incorpora cada marca comercial en los equipos (paquetes comerciales) lo que conlleva algunos inconvenientes prácticos, esto basado principalmente al no ser comparables los resultados entre diferentes equipos. Sin embargo este estudio también puede ser realizado con sistemas de análisis de imagen externos , de distribución gratuita tales como el ImageJ . Este último es un programa Java desarrollado en el National Institutes of Health, el que permite ampliar su funcionalidad mediante la instalación de plugins y macros grabables , ofreciendo una diversidad de funciones que han tenido de gran aceptación en el mundo clínico. Esto es posible gracias a que hoy en día la mayoría de las gamma cámaras permiten realizar la exportación de las imágenes, permitiendo con esto un post proceso de estas. Ello a permitido disminuir los costo en de implementación de pruebas de control calidad tales como ; uniformidad planar, tamaño de pixel, resolución espacial , entre otros, optimizando la seguridad de los procesos diagnósticos asociados a esta técnica imagenológica. Para mayor información sobre pruebas recomendadas se sugiere revisar el documento TEC-DOC-602 de IAEA ( International Atomic Energy Agency).

A modo se muestran distintos análisis que pueden ser realizados programa imageJ , tendientes a mejorar la imagen y la eliminación del ruido producido en el proceso de realización del examen mismo.

Ajuste de brillo de imagen realizado con programa ImageJ
Histograma de Imagen obtenido con ImageJ.

Gammacámara

La Gammacámara permite obtener imágenes morfológicas y funcionales a partir de la detección de radiación gamma procedente del interior del paciente. Se basa en un detector de centelleo sólido y proporciona imágenes bidimensionales. La Gamacámara en modo SPECT consiste en una Gammacámara con uno o más cabezales detectores giratorios que permiten la adquisición de proyecciones desde distintos ángulos alrededor de un eje central. A partir de las proyecciones, mediante algoritmos de reconstrucción, se obtiene la distribución tridimensional del trazador en el organismo.

Tomografía por emisión de positrones (PET)

La tomografía por emisión de positrones (PET) se usa generalmente para detectar ciertas enfermedades del cerebro. Similarmente a los procedimientos de medicina nuclear, un isótopo de vida media corta, como el 18F se incorpora a una sustancia metabolizable por el organismo (como la glucosa), la cual es absorbida por un tumor o un grupo celular de interés. Los muestreos usando PET son a menudo mostrados en paralelo a muestreos de tomografía computada, los cuales son realizados por el mismo equipo sin movilizar al paciente. Esto permite que los tumores detectados por muestreo con PET puedan ser vistos con referencias anatómicas provistas por el muestreo de la tomografía computada.

Existen dos modos de adquisición en PET:

  • Adquisición 2D:

Se introducen septa (colimadores) de modo que se seleccionan fotones de incidencia normal con respecto al cristal.

Disminuye la sensibilidad del escáner y se pierde información potencialmente útil.

Se reducen las coincidencias aleatorias y de dispersión.

Se reduce la tasa de cuentas por lo que se reducen las pérdidas debidas al tiempo muerto del detector.

La reconstrucción de la imagen consiste en una serie de imágenes 2D.

Imagen en 2D.
  • Adquisición 3D:

No hay septa (colimadores).

Todas las incidencias son aceptadas.

Aumenta la sensibilidad del escáner y se obtiene más información útil.

Aumentan las coincidencias aleatorias y de dispersión.

Aumenta la tasa de cuentas y por tanto pueden aparecer más problemas de tiempo muerto.

La reconstrucción es más compleja.

La reconstrucción ahora es directamente una imagen en 3D.

Imagen en 3D.

La mejora de los sistemas de detección, correcciones y algoritmos de reconstrucción ha supuesto que el modo 2D esté cada día más en desuso. La principal ventaja del modo 3D es el aumento de la sensibilidad del sistema.

Radiografía

En este segmento de las imágenes médicas se puede encontrar desde los más simples exámenes de rayos x Rayos_X hasta estudios complejos como el sistema digestivo. Las imágenes son obtenidas gracias a la diferentes capacidades que poseen los tejido de atenuar las radiaciones x, han sido utilizados en el ámbito médico desde su descubrimiento en 1895 por Wilhelm Conrad Röntgen y hasta nuestros días son ampliamente utilizados para realizar diagnósticos diferenciales en el área de la traumatología (pesquisa de fracturas, alteraciones de los huesos y malformaciones), a la vez permiten visualizar algunos órganos de menor densidad como los pulmones, en cuyo caso es posible detectar diferentes patologías que afectan a este órgano cono es el caso de la acumulación de polvos que al ser inhalados causan enfermedades definidas como silicosis. Todo estudio radiográfico esta compuesto, a lo menos, por dos proyecciones lo que permite visualizar la estructura estudiada en dos planos perpendiculares.

Este método de adquisición de imágenes puede ser asociado con el uso de medios de contrastes, hidrosolubles en base a bario o yodo dependiendo de la vía de administración, los que permiten realizar estudios específicos del sistema digestivo, urinario lo cual facilita el diagnóstico de una gran variedad de patologías. Desde su descubrimiento hasta la actualidad son muchas las transformaciones que han afectado a los equipos utilizados para tomar radiografías, todas ellas tendientes a reducir de manear considerable la exposición a radiaciones ionizantes tanto de los profesionales (médicos y tecnólogos médicos) que obtienen las imágenes, como la irradiación a la cual está expuesto el pacientes. En los últimos años, con la llegada de los equipos digitales, las dosis de radiación utilizadas para obtener un mismo examen se han reducido de manera considerable (la primera radiografía de una mano que se obtuvo demoró casi 15 minutos de exposición, hoy el mismo examen puede ser adquirido con apenas 20 a 30 milisegundos de exposición) lo que puede implicar una reducción de dosis considerable que podría llegar a ser más de 1000 veces menor.

En sus inicios la imágenes radiográficas se obtenían en un receptor de imagen compuesto por una película fotosensible, como la utilizada en fotografía, en la cual se formaba una imagen latente que debía ser sometida a un proceso de revelado químico para lograr visualizar finalmente la imagen. Con esta tecnología no había mucho margen de error, la imagen podía quedar buena, subexpuesta o sobreexpuesta, en estos dos últimos casos la imagen no prestaba ninguna utilidad. Con el desarrollo de la tecnología digital se logró eliminar el proceso de revelado, la imagen digital se puede almacenar, visualizar y compartir a través de redes computacionales dedicadas, pero uno de los principales logros obtenidos es la reducción de la cantidad (dosis) de radiación necesaria para su obtención.

Las imágenes digitales que se adquieren hoy en día, ya sea en radiología digital indirecta (CR) o directa (DR), presentan una gran ventaja debido a la potencialidad que su manejo informático ofrece, en el cual es posible en base a una imagen adquirida aplicar diferentes herramientas como filtros que permiten mejorar el realce de los borde, suavizar , analizar el histograma y realizar análisis de la calidad de la imagen obtenida. Estas herramientas están disponibles en las consolas de procesado de imágenes de los equipos radiológicos pero también existen programas dedicados como ImageJ que permiten realizar el análisis de las imágenes, ya sean de uso medico o no. Una de la funcionalidades de ImageJ es la posibilidad de "retocar" la imagen aplicando filtros como los que se observan en las siguientes imágenes en las cuales hemos aplicado a la imagen base de una radiografía de cráneo (al centro) un filtro que permite suavisar la imagen (Imagen 1) y luego a la misma imagen le hemos aplicado un filtro de reforzamiento de los bordes (Imagen 2).

Imagen 1
imagen 2
Imagen basal

Tomografía

La tomografía es un método de imagen de un sólo plano, o corte, de un objeto, que da como resultado un tomograma. Hay varios tipos de tomografía:

Tomografía lineal: es la forma básica de tomografía. El tubo de rayos-X se mueve sobre el paciente desde un punto "A" a uno "B", mientras que el "casete holder" (o "bucky") se mueve simultáneamente debajo del paciente del punto "B" al "A." El fulcrum, o punto pivote, se establece en el área de interés. De esta manera, los puntos sobre y bajo el plano focal se difuminan, por un mecanismo semejante a aquél por el que el fondo se desenfoca cuando se mueve la cámara siguiendo un coche en movimiento al hacer una fotografía. Ya no se utiliza y ha sido reemplazado por la tomografía computerizada.

Poli-tomografía: era una forma compleja de tomografía. En esta técnica, se programan un número de movimientos geométricos, tales como hipocicloidales, circulares, figura en 8, y elípticos. Philips Medical Systems [1] produjo uno llamado el 'Polytomo'. No se desarrolló más, y fue reemplazado por la tomografía computerizada.

Zonografía: es una variante de la tomografía lineal, donde se utiliza un movimiento de arco limitado. Todavía es utilizada en algunos centros para visualizar el riñón durante un urograma intravenoso (IVU).

Ortopantomografía (OPT): El único examen tomográfico común en uso. Hace uso de un movimiento complejo para permitir el examen radiográfico de la mandíbula, como si fuera un hueso plano. A menudo es referenciada como un "Panaray", pero es incorrecto, ya que éste es una marca comercial de un equipo de una compañía específica.

Tomografía computarizada (TAC o TC): (Artículo principal: Tomografía axial computarizada): una exploración CT, también conocida como una exploración TAC (Tomográfica Axial Computarizada), es una técnica digital que produce una imagen 2D de las estructuras de una sección delgada transversal del cuerpo. Utiliza rayos X. Los aparatos más modernos utilizan la técnica de TC helicoidal, en la que la mesa con el paciente se va desplazando al mismo tiempo que se realiza la imagen: de este modo la exploración se realiza más rápido y son posibles las reconstrucciones multiplanares y tridimensionales. Tiene una dosis de radiación ionizante mayor que la radiografía de proyección, lo cual hace que las exploraciones repetidas deban ser limitadas.

El TAC mejora el contraste de la radiología convencional, tal y como se ve en las siguientes imágenes.

La Tomografía Computarizada (TC), denominada en sus comienzos como TAC (Tomografía Axial Computarizada), es una técnica de imágenes digitales que ha tenido un gran impacto en el desarrollo de la medicina actual. Se basa en el uso de un haz de rayos X muy colimado, donde la radiación trasmitida a través de un objeto -en medicina, el paciente recostado en una mesa radiológica- es medida por un conjunto de detectores ubicados en oposición a la fuente de rayos X. Luego de múltiples mediciones realizadas alrededor del objeto, la respuesta eléctrica del set de detectores es enviada a un ordenador, el que mediante algoritmos computacionales (como por ejemplo, el algoritmo de retroproyección filtrada), es capaz de construir una imagen seccional del objeto utilizando la data medida y desplegarla finalmente sobre un monitor.

Esta imagen obtenida en TC es capaz de evidenciar las diferencias en las características de atenuación de las estructuras contenidas al interior de los objetos estudiados. Estas estructuras son visualizadas en el monitor en base a tonalidades de grises, las que se relacionan con un valor numérico denominado Unidad Hounsfield, asignado a cada pixel de la imagen. Este valor es calculado a partir del coeficiente de atenuación de cada material contenido en el objeto, comparado con el coeficiente del agua, usado como material de referencia. Esto mejora enormemente la resolución de contraste de la TC en comparación con la radiografía simple y la tomografía lineal. Además, mediante filtros de convolución aplicados durante el proceso de construcción de la imagen, se puede mejorar, por ejemplo, la definición de los bordes de las estructuras o reducir la presencia de ruido en las imágenes. El posterior manejo de ancho y nivel de ventana permite manipular el despliegue final de las imágenes para poner énfasis en las estructuras que se quiere visualizar de acuerdo al diagnóstico que se busca.

Imagen de corte de tomografía computarizada de pulmones con procesamiento para realce de bordes
Imagen de corte de tomografía computarizada de ambos pulmones sin procesamiento

Esta técnica de imágenes ha evolucionado impresionantemente desde su invención por el ingeniero británico Godfrey Newbold Hounsfield en la década de 1970. Actualmente permite exploraciones de regiones anatómicas extensas en tan solo segundos, imágenes de órganos en movimiento como las producidas en estudios cardiacos, y la generación de imágenes 3D entre muchas otras posibilidades. Estos avances están basados en grandes desarrollos tecnológicos realizados en estos más de 40 años de historia de la TC, como la tecnología helicoidal que permite el avance de la mesa radiológica mientras la fuente de rayos X rota continuamente alrededor del paciente;  la introducción de sistemas detectores multicorte, que permiten visualizar más de una sola sección axial del paciente (corte tomográfico) por cada rotación de la fuente de radiación; y últimamente, el uso simultáneo de haces de rayos X generados con diferentes voltajes de tubo, lo que permite una discriminación más fina de tejidos con base en las diferencias de atenuación entregadas por estas distintas energías. Recientemente se ha progresado también en las herramientas computacionales de generación de imágenes en TC, destacándose actualmente el uso rutinario de reconstrucción iterativa en equipos de uso clínico de alcance masivo.

A pesar de los múltiples beneficios que presenta la TC, la utilización de radiación ionizante determina que deba emplearse responsablemente sobre los seres humanos, aplicando en todo momento los principios de protección radiológica establecidos (Justificación y Optimización). Hoy en día, la TC se ha convertido en la principal fuente de exposición a radiaciones entre las imágenes médicas según datos de la UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation), debido a un sostenido incremento de su uso en al ámbito médico. 

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