martes 29 noviembre, 2022
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Tomógrafos Multicorte. Desafíos tecnológicos

Resumen
Existen diversos factores, de orden técnico y fisiológico, que deben ser optimizados para crear imágenes coronarias angiográficas de alta calidad con repetibilidad y confiabilidad.
El advenimiento de los sistemas de Tomografía Computada Multicorte (MSCT), ha hecho posible la implementación de complejos algoritmos de reconstrucción que solucionan los problemas asociados a la geometría con haz de RX cónico. TOSHIBA MEDICAL SYSTEM CORPORATION ha implementado en sus sistemas MSCT tanto el algoritmo de reconstrucción adaptativo segmentado SureCardio como el algoritmo de reconstrucción de imágenes True Cone Beam Tomography (TCOT), los aseguran que los estudios de arterias coronarias angiográficos por tomografía computada (CTA) sean consistentemente confiables, en una gran variedad de pacientes, con mínimos artefactos resultantes del haz cónico y de los movimientos cardíacos.
Introducción
Un sistema MSCT debe satisfacer una serie de factores para obtener la mejor calidad de imagen y asegurar la consistencia de estudios CTA coronarios.
Dichos Factores son:
1. Excelente Resolución Espacial isotrópica para poder visualizar las diminutas arterias que se ubican tortuosamente sobre la superficie cardíaca.
2. Elevada Resolución de Bajo Contraste para diferenciar tejidos con similitud en sus densidades como las paredes de los vasos, la grasa epicárdica y las placas blandas.
3. Resolución Temporal para obtener imágenes cardiacas libres de movimiento
4. El sistema MSCT debe poseer una gran flexibilidad y versatilidad para adecuarse a los distintos tipos de pacientes y situaciones clínicas.
5. Finalmente todas estas características se deben poder conjugar con una dosis eficiente para minimizar los riesgos para el paciente.

Factores fisiológicos
Además de los parámetros técnicos que pueden influir en la calidad de imagen, también existen otros factores que deben ser tenidos en consideración: la frecuencia cardíaca del paciente, y más aún su variabilidad son factores determinantes en la calidad de los estudios CTA coronarios. La Resolución Temporal de los sistemas MSCT, comercialmente disponibles, no es lo suficientemente rápida como para obtener imágenes cardíacas durante el máximo movimiento que se da en la contracción sistólica. Por lo tanto es necesario temporizar la reconstrucción de manera que la obtención de las imágenes ocurra en un período “calmo” por ejemplo durante la meso diástole. Sin embargo, a medida que la frecuencia cardíaca se incrementa, este periodo “calmo” se acorta, requiriendo de una mayor resolución temporal para asegurar que la calidad de imagen sea la apropiada. La situación empeora cuando la frecuencia cardíaca presenta variaciones, y en consecuencia, la elección del intervalo óptimo dentro del período R-R se dificulta enormemente. Los mejores resultados, con alta repetitibilidad de estudios CTA coronarios, se obtienen cuando la frecuencia cardiaca se mantiene relativamente estable dentro del período de adquisición.
Otro factor fisiológico importante a considerar es la apnea que debe mantener el paciente mientras dura la adquisición. Es crucial mantener este tiempo al mínimo posible dado que pacientes con sospecha de enfermedad cardíaca no pueden sostener su respiración por mucho tiempo.
También existen otras dos elementos importantes a considerar relacionados con el sostenimiento de la respiración: el primero ocurre si el paciente empieza a respirar en la mitad del examen; debido a los movimientos respiratorios el corazón puede desplazarse provocando artefactos y corrimientos de los cortes tomográficos. El segundo elemento a considerar es todavía más sutil: a medida que transcurre el tiempo de la apnea, la frecuencia cardíaca se modifica; típicamente la frecuencia cardíaca aumenta luego de unos 10 a 15 segundos de apnea. Este cambio de la frecuencia cardíaca exige de un complejo algoritmo que pueda elegir los parámetros de la reconstrucción.
Consecuentemente la consistencia de la imagen puede variar de paciente a paciente.
Para minimizar los tiempos de apnea pero manteniendo, al mismo tiempo, los espesores de cortes finos y de esa forma la Resolución Espacial, se hizo necesario desarrollar detectores multicorte con mayor cantidad de filas para los exámenes cardíacos de rutina, pasando de sistemas de 4, 8, 16, 32 y 64 cortes por rotación. El sistema Aquilion 64 de TOSHIBA MEDICAL SYSTEMS (Figura 1) cubre un volumen de 32 mm de extensión longitudinal (eje Z o eje del paciente) por rotación utilizando 64 cortes de 0,5 mm, pudiendo obtener tiempos de apnea entre 6 a 9 segundos y logrando imágenes isotrópica de 350 micrones de resolución espacial.
A medida que las empresas productoras de sistemas MSCT fueron aumentando el número de cortes se hizo necesario, también, aumentar el denominado ángulo cónico, o ángulo de apertura en el sentido longitudinal, para lograr una mayor cobertura.
Esto trae aparejado, como consecuencia, que el haz de RX sea más ancho, por lo que la mayor cantidad de RX producidos se utiliza para la generación de imágenes incrementando así la eficiencia del sistema de 64 cortes respecto de los de menor cantidad de cortes; de esta forma la preocupación por la carga térmica del tubo de RX es cosa del pasado. Sin embargo hubieron otros aspectos, asociados a estos sistemas, que tuvieron que solucionarse siendo el principal el denominado Efecto del Haz Cónico.

Exploración con Haz Cónico
El desafío que conlleva la exploración con un Haz de RX cónico es que todos los postulados involucrados en una reconstrucción convencional quedan invalidados. Las diferencias entre las trayectorias verdaderas y las esperadas, de los RX, originan artefactos en la imagen. La reconstrucción convencional de tomografía se basa en el supuesto que la fuente de RX, el detector y la posición Z del corte de interés están ubicados en el mismo plano. También se asume que todas las proyecciones para ese corte axial “caen” sobre una única fila de detector. Desafortunadamente todos estos supuestos son ciertos exclusivamente para sistemas tomográficos de corte único (SSCT) en una exploración axial. Para los sistemas MSCT, el detector se expande a lo largo del eje del longitudinal (eje Z o eje del paciente) lo cual modifica la geometría del sistema convencional, por lo que trayectoria del Haz de RX no cae enteramente dentro de la posición o corte a reconstruir por la angulación respecto al plano de reconstrucción (Figura 2 A y 2B). En este caso las densidades “vistas” por esas trayectorias oblicuas son potencialmente diferentes a las densidades en la posición Z de interés. Si se empleara un método de reconstrucción tomográfico convencional, estas diferencias entre las densidades medidas y las esperadas provocarían artefactos en la imagen reconstruida. Cuando estos artefactos aparecen se pueden manifestar tanto como rayas oblicuas (streaks) o sombras brillantes y oscuras en las áreas cercanas donde la densidad cambia rápidamente, por ejemplo entre hueso y músculo. Además, dado que esos artefactos son provocados por trayectoria de RX que no están en el plano de la anatomía, los mismos se hacen más notables cerca de la periferia del Campo de Visualización (FOV), en donde el Haz de RX diverge rápidamente. La Figura 3 muestra un fantoma de bolillas en donde claramente se visualizan los artefactos cuando se emplean métodos de reconstrucción convencionales en un sistema MSCT. Obsérvese que en la periferia del fantoma el artefacto es peor que en la zona central.
En los sistemas MSCT de 4 cortes y hasta los de 8, el efecto del haz de RX cónico se podría soslayar utilizando interpolación simple a lo largo del eje Z. Esta aproximación es válida dado que el ángulo cónico, es relativamente pequeño. Sin embargo, en los siste-mas de 16, 32 y 64 cortes el ángulo cónico se incrementa llegando a ser hasta 16 veces más grande que en los sistema de 4 cortes; por lo tanto la interpolación simple a lo largo del eje Z deja de tener validez. La Figura 4 muestra que a medida que aumenta la cobertura en la dirección del eje Z, las trayectorias de los RX que están en los bordes divergen fuertemente de la posición de reconstrucción y por lo tanto para sistemas MSCT de 16 files o más no es factible utilizar técnicas de reconstrucción convencionales.
Se han desarrollado diversos algoritmos para compensar esa divergencia del haz de RX a lo largo del eje Z.
Alguna de esas formulaciones, como la de Katsevich y Grangeat, si bien, brindan una solución matemáticamente exacta, son de difícil implementación desde el punto de vista computacional.
Los dos algoritmos más utilizados en los sistemas MSCT comercialmente disponibles se basan tanto en el método de Feldkamp como en el Advanced Single Slice Rebinning (ASSR).
Ambos brindan soluciones aproximadas con escasos artefactos por efecto del haz cónico y con una implementación computacional posible.

Importancia Clínica
La calidad de imagen de un sistema de tomografía se basa en el hecho de cómo la modalidad puede representar la anatomía en forma fehaciente. La anatomía, en las imágenes tomográficas, se representa en términos de su densidad, los tejidos con alta densidad atenúan los RX en mayor medida que los de baja densidad. La tarea del algoritmo de reconstrucción tomográfico es clasificar ordenadamente todas las atenuaciones medidas y crear un mapa de densidades en forma de imagen.
Los artefactos, tales como los producidos por el efecto del haz cónico, provocan desviaciones en la representación de esas densidades y pueden ser fuentes de interpretaciones erróneas.
Para evitar estos artefactos en la imagen, provocados por un gran ángulo cónico, Toshiba desarrolló y patentó el algoritmo TC OT (True Cone Beam Tomography) basado en el método de Feldkamp. (Figura 5).
Este algoritmo de reconstrucción ha sido diseñado para soportar ángulos cónicos importantes y se aplica tanto en estudios simples como en estudios cardíacos con pacientes que presentan
una alta frecuencia cardíaca. El principio físico del algoritmo se basa en utilizar aquellas proyecciones que se ubican en forma proximal, a lo largo del eje Z, al plano de reconstrucción; si bien su fundamento es sencillo requiere de un alto poder computacional para su ejecución. El resultado de la aplicación de este algoritmo es la obtención de un perfil de corte mucho más uniforme que si se empleara un método convencional.
Existen numerosos ejemplos en donde resulta esencial contar con un algoritmo de reconstrucción eficiente como el TCOT. La columna vertebral presenta cambios rápidos de densidad entre el hueso y el tejido blando circundante, y característicamente se ubica fuera del centro geométrico del FOV. La combinación de dichos factores coadyuva a que la columna sea un lugar típico donde existan los artefactos generados por el haz cónico, sin embargo cuando se emplea el algoritmo TCOT, esos artefactos desaparecen, siendo la imagen limpia y cristalina.
La Figura 6 muestra una imagen de la arteria de Adamkiewicz libre de artefactos.
Otro desafío importante para el algoritmo de reconstrucción es solucionar los artefactos generados por la presencia de metales como se observa en la Figura 7. También el pulmón es un área que pone a prueba la calidad del algoritmo de reconstrucción ya que existen diferencias de contraste notables entre la vasculatura pulmonar y el aire circundante dentro del mismo pulmón que potencialmente podrían dificultar la identificación y clasificación de pequeños nódulos pulmonares. (Figura 8).

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