jueves 6 octubre, 2022
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Tecnologías de Reducción de Dosis en TC Toshiba

Introducción


El desafío fundamental de los radiólogos es realizar los estudios de rutina manteniendo el delicado equilibrio entre calidad de imagen y dosis de radiación sin perder de vista el principio ALARA (As Low As reasonably Achievable).

Este principio establece mantener los niveles de exposición de los pacientes -y operadores- en valores tan bajos como sea razonablemente posible.
Sin embargo es difícil determinar el nivel óptimo de exposición para un determinado paciente basándose exclusivamente en el tamaño, peso o forma corporal.

Establecer, empíricamente, la técnica de exposición adecuada cuando se combina con métodos iterativos avanzados de reducción de dosis es una tarea muy compleja.
Para sortear tales desafíos, Toshiba ha desarrollado una técnica denominada SUREExposure 3D Adaptive la cual ajusta, exactamente, la exposición de Rayos X basándose en una determinada calidad de imagen de referencia, es decir en un determinado Nivel de Ruido.

Dicho nivel de referencia es modificado inteligentemente según el tipo de paciente, de manera que el nivel de salida del detector se ajusta finamente para cada uno de ellos maximizando la intensidad de la señal resultante, asegurando una calidad de imagen óptima.

El AIDR 3D es un algoritmo avanzado de Reconstrucción Adaptativo e Iterativo que permite reducir el ruido de la imagen de manera tridimensional en el dominio de los Datos Primarios y en el proceso de reconstrucción en sí. Mediante la integración de AIDR3D con SUREExposure 3D Adaptive se logra reducir automáticamente los niveles de exposición hasta un 75%, asegurando una dosis de radiación lo más baja posible para el estudio específico, independientemente del biotipo del paciente.

Todo ello preservando los detalles clínicos de la imagen tomográfica, su aspecto natural y casi sin penalidad en el tiempo de reconstrucción de imágenes.
Otras tecnologías de Reducción de Dosis de Toshiba incluyen un Colimador Inteligente, Boost3D, QDS+ entre otras, las que han sido extensamente utilizadas en diversas aplicaciones clínicas como Angio Coronariografía por TC, Dual Energy y Perfusión de Órganos.
A continuación una breve reseña de alguna de ellas.

Reducción de Dosis Integrada


Reducir al mínimo la dosis de radiación es, sin dudas, una de las principales preocupaciones de todos los profesionales de imágenes médicas. Dado que los pacientes poseen diferentes formas y tamaños, el sistema de Control Automático de Exposición ha demostrado ser una herramienta de gran utilidad en la obtención de imágenes, con elevada calidad diagnóstica y con dosis de radiación adecuada para cada paciente. Por lo tanto, es imperativo que los sistemas de control de exposición respondan automáticamente, incluyendo las nuevas tecnologías de reducción de dosis.
El sistema de control de exposición de Toshiba, SUREExposure 3D Adaptive se integra totalmente en la cadena de formación de la imagen y puede, por lo tanto, calcular la mínima dosis de exposición requerida para cada protocolo de examen y para cada paciente. Con la inclusión del AIDR 3D, se logra una reducción de los niveles de exposición de hasta un 75%; porcentaje que se obtiene de comparar el mismo protocolo de examen pero utilizando el método de reconstrucción tradicional FBP (Filtered Back Projection) (figura 1).


Como es sabido el método FBP ha sido tradicionalmente utilizado por la industria, por más de 30 años, en la reconstrucción de imágenes tomográficas. Si bien es un método relativamente rápido, tiene ciertas limitaciones a niveles muy bajos de radiación produciendo imágenes ruidosas, lo que obliga a subir la técnica de exposición para tener un diagnóstico confiable. Por otro lado la reconstrucción iterativa es una técnica en donde se reconstruye la imagen final a partir de las proyecciones en varios pasos en lugar de uno solo, como es el FBP.

El método iterativo fue la técnica original que utilizó Godfrey Hounsfield en 1971 en el desarrollo del primer Tomógrafo Computado. No obstante, este método se descartó inmediatamente dado que el poder computacional de aquella época no estaba lo suficientemente desarrollado como para obtener las imágenes en un breve lapso de tiempo. Actualmente, gracias a los avances en el hardware, tanto en la velocidad de procesamiento como en la reducción de sus dimensiones físicas ha permitido reconsiderar las técnicas iterativas como método de reconstrucción por su excelente comportamiento en regiones anatómicas con alta atenuación.

Más aun aprovechando tal ventaja es posible disminuir significativamente los niveles de exposición preservando la estructura y apariencia de la imagen tomográfica, pero ahora sin introducir demoras adicionales significativas en el proceso de reconstrucción.

SUREEXPOSURE 3D Adaptive
Esta técnica mide la atenuación del paciente directamente sobre el Topograma, el cual sirve como modelo 3D del tamaño y características de absorción del mismo. Esta técnica incluye un nivel de referencia específico de calidad de imagen para cada protocolo de examen. Clínicamente, las imágenes de pacientes obesos contienen mayor cantidad de contraste inherente y pueden ser diagnosticados admitiendo un ligero aumento del nivel de ruido. Por el contrario, los pacientes delgados requieren un mayor nivel de calidad de imagen por la falta del contraste inherente en sus imágenes. Por lo tanto el software adapta automáticamente el nivel de referencia al tamaño del paciente asegurando una calidad diagnóstica y minimizando la dosis de exposición (Figura 2).

En base a la absorción medida y a la calidad de imagen de referencia, adaptada al tamaño del paciente, el sistema determina tridimensionalmente la exposición necesaria en cada plano asegurando una calidad de imagen diagnóstica con bajos niveles de exposición, para cada tipo de paciente, a lo largo de todo el estudio y para cada uno de los protocolos de examen. El operador puede comprobar muy fácilmente antes de realizar el estudio los valores de exposición, simplemente verificando la Dosis en el protocolo de examen que va a utilizar. Allí encuentra los valores CTDIvol y DLP y puede contrastarlos con los niveles de referencia publicados por organizaciones de Radioprotección internacionales.

Reconstrucción AIDR 3D
Una vez que la exploración ha sido realizada con parámetros de baja dosis de exposición, se realiza la reconstrucción automática de la imagen con AIDR 3D. Este algoritmo avanzado de reconstrucción opera en dos etapas. La primera etapa remueve, adaptativamente, el ruido fotónico sobre las proyecciones en el dominio de los datos primarios. Luego, en la segunda etapa, se produce un proceso iterativo de reducción de ruido en la reconstrucción de imágenes basado en un modelo anatómico que tiene en cuenta tanto el tipo de paciente, adulto o pediátrico, como la región a estudiar (figura 3). 


Los datos primarios así adquiridos con bajos niveles de exposición tendrán inherentemente una relación Señal/ Ruido muy mala. El algoritmo AIDR 3D aplica en forma adaptativa la reducción de ruido sobre las proyecciones, en las tres dimensiones, basándose en la modelización de las condiciones reales de exploración -Modelo de la Exploración- y del ruido cuántico y electrónico -Modelo Estadístico-. De este modo se preserva la máxima señal contenida en las proyecciones a la vez que se disminuye dramáticamente el ruido y las señales que producen los artificios en la imagen. Ya, con una significativa reducción del ruido en los datos primarios, el AIDR 3D aplica, en el dominio de reconstrucción, un algoritmo iterativo de mejora de la imagen inicial generada en el proceso anterior. AIDR 3D se adapta a diferentes pacientes, órganos y filtros de reconstrucción, asegurando imágenes con una máxima reducción de ruido pero sin comprometer la resolución espacial de las mismas. 
El proceso final incluye una mezcla ponderada entre la reconstrucción iterativa y la reconstrucción inicial para crear la imagen AIDR 3D. Esta mezcla asegura que la imagen resultante retenga el aspecto natural de las imágenes tomográficas aunque las mismas hayan sido adquiridas con dosis de exposición significativamente menores.
El AIDR 3D está totalmente integrado tanto en los parámetros de adquisición como en el proceso de reconstrucción, brindando imágenes de alta calidad diagnóstica, para todo tipo de pacientes, con dosis reducidas hasta un 75% y con una penalidad en el tiempo de reconstrucción inferior al 10% en comparación con el método tradicional FBP.

AIDR 3D Integrado
Existen tres tipos de intensidades de AIDR 3D para favorecer las diferentes necesidades clínicas y clasificadas en niveles crecientes de disminución de ruido: Suave, Estándar y Fuerte. En base a la respuesta de una gran variedad de usuarios el parámetro Estándar ha sido integrado en todos los protocolos de examen de rutina, mientras que el parámetro Fuerte es utilizado para adquisiciones a dosis ultra bajas, y en protocolos dinámicos volumétricos utilizados en estudios de perfusión de órganos.
La respuesta positiva de los usuarios Toshiba refleja el hecho que AIDR 3D es una técnica avanzada de reconstrucción iterativa la cual se integra en la cadena de formación de la imagen proveyendo una dramática reducción de dosis para todos los pacientes.
AIDR 3D es una característica estándar en toda la familia de productos de TC Toshiba, desde un sistema Multicorte de 4 cortes hasta el sistema insignia de la marca, Aquilion ONE, de 640 cortes por rotación.

Desempeño de la Integración AIDR 3D
El tiempo de reconstrucción para un determinado examen depende de varios factores, entre ellos el espesor de corte y el paso helicoidal. Un ejemplo de la vida diaria es un examen abdomino-pelviano adquirido en modo Helicoidal con colimación de 80 x 0,5mm, paso helicoidal 0,82 y espesor de imagen 0,5mm con intervalo de 0,25mm el cual genera 1600 imágenes. La diferencia en tiempo de reconstrucción por usar AIDR 3D es de tan sólo de 6 segundos. En este escenario típico, el aporte de tan sólo unos pocos segundos adicionales se justifica plenamente por el beneficio extraordinario de la reducción de dosis del 75%. Además, el proceso de reconstrucción se realiza en paralelo con la adquisición resultando un flujo de trabajo sin fisuras y con alta producción de estudios.
En las figuras 4, 5 y 6 se ven algunos casos clínicos que muestran las virtudes del rendimiento del AIDR 3D integrado en los protocolos de examen.
También es importante destacar que los estudios de Pulmón con dosis ultra bajas realizados en el Hospital de la Universidad de Oslo por el Dr. T. M. Aaløkken y su equipo han arrojado resultados sorprendentes en cuanto a las dosis logradas. El valor promedio para el protocolo empleado fue de 0,105mSv es decir dos veces el valor correspondiente a un par radiográfico de Tórax. Tan sólo unos años atrás se consideraba que una tomografía de Tórax equivalía, en cuanto a dosis de radiación, a 400 placas de la misma región anatómica (1). Tanto la calidad de imagen tomográfica como la posibilidad de detectar y excluir patologías es muchísimo mejor que la radiología convencional, lo cual abre un nuevo campo de desarrollo en el área del Diagnóstico por Imágenes.

Colimador Inteligente
En las exploraciones helicoidales es necesario obtener información antes del inicio y después de la finalización del barrido programado para poder reconstruir esas dos posiciones del eje Z. Esta sobre-exposición (over-ranging, en inglés) requiere que haya al menos una rotación adicional. De la información obtenida sólo se utiliza una pequeña porción de los datos para realizar el proceso de interpolación que permitirá obtener la posición inicial y final del barrido. Con lo cual esa rotación adicional, si bien es necesaria para la reconstrucción de tales posiciones, aporta innecesariamente mayor dosis de radiación.
El Colimador Inteligente ajusta automáticamente el ancho del haz de Rayos X en ambos extremos de la exploración helicoidal para confinarlo al área clínicamente útil para la reconstrucción de las imágenes. Eliminando esta sobre-exposición, totalmente innecesaria, se puede disminuir la dosis entre un 15 al 20%. (figura 7).

Conclusión
Las tecnologías de reducción de dosis de Toshiba son altamente efectivas, brindan una significativa reducción de dosis, con imágenes de aspecto natural y sin pérdida de resolución espacial, están diseñadas para cubrir un amplio abanico de pacientes, sin introducir demoras en la reconstrucción de imágenes y fundamentalmente forman parte de la configuración estándar en toda la línea de tomógrafos Toshiba actuales. Este criterio rector de la empresa se fundamenta en el criterio que los sistemas de reducción de dosis no deben estar sujetos a una opción de compra en ninguno de sus modelos de Tomógrafos Computados.

(1). Radiation Protection 118 Referral guidelines for imaging Adapted by experts representing European radiology and nuclear Medicine In conjunction with the UK Royal College of Radiologists Co-ordinated by the European Commission

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