Atenuación en Tomografía Computarizada: Conceptos Clave

La atenuación en tomografía computarizada (TC) se refiere a la reducción de la intensidad de un haz de rayos X a medida que atraviesa la materia. Esta reducción se debe a la interacción de los fotones de rayos X con los átomos del material, principalmente a través de dos fenómenos:

• El efecto fotoeléctrico
• La dispersión Compton

Diferentes tejidos y materiales en el cuerpo atenúan los rayos X de manera distinta, lo que permite la formación de la imagen.

Fórmula de Atenuación

La atenuación se describe mediante la siguiente fórmula:

I = I⁰ ⋅ e-μx

Donde:

• I: Intensidad del haz de rayos X transmitido (después de atravesar el material).
• I⁰: Intensidad inicial del haz de rayos X.
• e: Base del logaritmo natural (aproximadamente 2.718).
• μ (mu): Coeficiente de atenuación lineal del material. Este valor es específico para cada material y para una energía de rayos X determinada.
• x: Espesor del material atravesado por el haz de rayos X.

Unidades Hounsfield (UH)

Las Unidades Hounsfield (UH) son una escala cuantitativa que representa los valores de atenuación lineal de los tejidos en la imagen de TC. Se calculan a partir del coeficiente de atenuación lineal (μ) del tejido en comparación con el coeficiente de atenuación lineal del agua, utilizando la siguiente relación:

UH = K ⋅ (μtejido - μagua) / μagua

Donde K es una constante, generalmente 1000.

Valores de UH de referencia:

• El agua tiene un valor de 0 UH.
• El aire tiene un valor de -1000 UH.
• Los tejidos densos como el hueso tienen valores positivos altos (ej., +1000 UH o más).
• Los tejidos blandos tienen valores intermedios (ej., grasa alrededor de -100 UH, hígado alrededor de +30 a +70 UH).

Window Level (WL) y Window Width (WW)

Estos parámetros son cruciales para la visualización y el contraste de la imagen de TC:

• Window Level (WL) o Nivel de Ventana:
  • Es el valor central de las Unidades Hounsfield que se desea visualizar.
  • Determina el brillo de la imagen.
  • Al ajustar el WL, se selecciona el rango de densidades que se mostrará en el centro de la escala de grises. Por ejemplo, si el WL se establece en 0 UH (agua), los tejidos alrededor de la densidad del agua se verán en el medio de la escala de grises.
• Window Width (WW) o Anchura de Ventana:
  • Es el rango de Unidades Hounsfield que se mostrará en la escala de grises.
  • Determina el contraste de la imagen.
  • Un WW estrecho (ej., 100 UH) produce un alto contraste, haciendo que pequeñas diferencias de atenuación se vean muy diferentes, lo cual es útil para visualizar tejidos blandos.
  • Un WW amplio (ej., 2000 UH) produce un bajo contraste, abarcando un rango de densidades mucho mayor, lo cual es útil para ver estructuras con grandes diferencias de densidad como hueso y pulmón simultáneamente.

El Pitch en Tomografía Computarizada Helicoidal

El pitch (o paso de la hélice) es un parámetro fundamental en la TC helicoidal (espiral). Se define como la relación entre el avance de la mesa del paciente en una rotación completa del tubo de rayos X (360 grados) y el ancho total del haz de colimación del detector. En términos más simples, indica qué tan rápido se mueve el paciente a través del gantry en relación con el ancho del haz de rayos X.

Cálculo del Pitch

Pitch = Avance de la mesa por rotación / Ancho total del haz de colimación

• Avance de la mesa por rotación: La distancia que se mueve la mesa del paciente en milímetros (mm) durante una rotación completa de 360 grados del tubo de rayos X.
• Ancho total del haz de colimación: La suma del ancho de todos los detectores activos en un equipo multicorte (ej., N veces el espesor de corte de un detector).

Valores Típicos de Pitch y sus Implicaciones

• Pitch = 1: El avance de la mesa es igual al ancho del haz. Los cortes adyacentes son contiguos, sin superposición ni espacios.
• Pitch < 1: El avance de la mesa es menor que el ancho del haz. Hay superposición de los volúmenes de datos adquiridos. Esto aumenta la dosis, pero puede mejorar la resolución longitudinal o reducir los artefactos de movimiento.
• Pitch > 1: El avance de la mesa es mayor que el ancho del haz. Hay espacios entre los volúmenes de datos adquiridos. Esto reduce la dosis y el tiempo de exploración, pero puede comprometer la calidad de la imagen al dejar áreas sin muestrear, lo que podría resultar en artefactos o la pérdida de pequeñas lesiones.

Beneficios y Consideraciones del Pitch

• Reducción del tiempo de exploración: Un pitch alto (>1) permite una exploración más rápida, lo cual es beneficioso en pacientes que no pueden contener la respiración por mucho tiempo, pacientes pediátricos, o en estudios de emergencia como traumatismos.
• Reducción de la dosis de radiación: Un pitch alto reduce la dosis de radiación porque el paciente está expuesto a menos radiación por unidad de longitud explorada.
• Mejora de la resolución o reducción de artefactos de movimiento: Un pitch bajo (<1) puede ser útil para mejorar la resolución longitudinal (a lo largo del eje Z) en regiones donde se requiere un detalle fino, como el oído interno o la columna vertebral, o para reducir artefactos de movimiento en órganos en movimiento (ej., corazón en algunas fases). Sin embargo, esto conlleva un aumento de la dosis.

CTDI: Cuantificación de la Dosis de Radiación en TC

El CTDI (Computed Tomography Dose Index) es una métrica estándar utilizada para cuantificar la dosis de radiación en las exploraciones de TC. Representa la dosis absorbida promedio en un plano axial específico dentro de un fantoma de acrílico estándar.

Características del CTDI

• Dosis en un solo corte o serie de cortes contiguos: El CTDI inicialmente se definió para medir la dosis asociada a un solo corte o a una serie de cortes axiales contiguos.
• Normalización: Es una medida normalizada que permite comparar la salida de dosis de diferentes equipos de TC y diferentes protocolos de exploración, independientemente del tamaño del paciente.
• Dosis de referencia: Se mide utilizando fantomas cilíndricos de PMMA (plexiglás) de tamaños estándar (16 cm para la cabeza y 32 cm para el cuerpo) que simulan el tamaño promedio de la cabeza y el tronco de un adulto. Se mide la dosis en el centro y en la periferia de estos fantomas.

Importancia del CTDI

El CTDI se utiliza por varias razones importantes:

• Estandarización y Comparación: Proporciona una forma estandarizada de medir y comparar la dosis de radiación entre diferentes escáneres de TC y protocolos de adquisición. Esto es crucial para el control de calidad y para optimizar la dosis.
• Monitorización de la Dosis: Permite a los centros de radiología monitorizar y gestionar la dosis que reciben los pacientes, asegurando que las exploraciones se realicen con la dosis «tan baja como sea razonablemente posible» (ALARA – As Low As Reasonably Achievable).

Ruido y Resolución de Contraste en Imágenes de TC

El Ruido en la Imagen de TC

El ruido en una imagen de TC se refiere a las fluctuaciones aleatorias en los valores de densidad (Unidades Hounsfield) dentro de una región homogénea de la imagen. Se manifiesta como una apariencia granulada o moteada («nieve») en la imagen.

Causas del Ruido

• Falta de fotones (ruido cuántico): Es la causa más común y fundamental. Si un número insuficiente de fotones de rayos X llega a los detectores, la estadística de conteo de fotones es deficiente, lo que lleva a mayores fluctuaciones y, por lo tanto, a más ruido. Esto está directamente relacionado con la dosis de radiación: una dosis más baja generalmente resulta en más ruido.
• Ruido electrónico: Fluctuaciones inherentes a los componentes electrónicos del sistema de adquisición.
• Ruido del paciente: Pequeños movimientos del paciente que no se compensan totalmente.
• Algoritmos de reconstrucción: Algunos algoritmos pueden introducir o magnificar el ruido.

Consecuencias del Ruido

• Degradación de la calidad de la imagen: Dificulta la visualización de estructuras finas y la diferenciación entre tejidos con pequeñas diferencias de densidad.
• Reducción de la resolución de contraste: El ruido puede enmascarar la presencia de lesiones con bajo contraste, haciendo que sean más difíciles de detectar.
• Aumento de la dosis: Para reducir el ruido (es decir, mejorar la relación señal-ruido), a menudo se requiere aumentar la dosis de radiación.

Resolución de Contraste

La resolución de contraste es la capacidad de un sistema de imagen para distinguir entre tejidos que tienen solo pequeñas diferencias en sus coeficientes de atenuación (es decir, pequeñas diferencias en Unidades Hounsfield). Es la capacidad de ver diferencias sutiles de densidad.

Factores que Afectan la Resolución de Contraste

• Ruido: Es el factor más limitante. A mayor ruido, menor resolución de contraste, ya que las pequeñas diferencias de señal se ahogan en las fluctuaciones aleatorias del ruido. Es decir, el ruido es el principal enemigo de la resolución de contraste.
• Tamaño del píxel y vóxel: Píxeles/vóxeles más grandes promedian más datos, lo que puede reducir el ruido y mejorar la resolución de contraste, pero a expensas de la resolución espacial.
• Dosis de radiación: Una dosis más alta (mayor número de fotones) reduce el ruido y, por lo tanto, mejora la resolución de contraste.
• Ancho de ventana (WW): Un WW estrecho mejora la visualización de pequeñas diferencias de contraste, pero también hace que el ruido sea más evidente.
• Algoritmos de reconstrucción: Algunos algoritmos (especialmente los iterativos) pueden mejorar la resolución de contraste al reducir el ruido de manera más efectiva.

Artefactos en Tomografía Computarizada: Identificación y Corrección

Los artefactos son elementos en la imagen de TC que no corresponden a estructuras anatómicas reales o que distorsionan la representación de estas. A menudo, degradan la calidad de la imagen y pueden dificultar el diagnóstico.

Artefactos de Endurecimiento del Haz

Causas

Ocurren porque los rayos X están compuestos por fotones de diferentes energías. A medida que el haz atraviesa un objeto denso o de gran espesor (como hueso o medios de contraste muy concentrados), los fotones de baja energía son absorbidos preferentemente, dejando un haz residual con una energía promedio más alta (un haz «endurecido»). Esto altera la linealidad de la atenuación esperada.

Manifestación Visual

Se observan como bandas oscuras o sombreadas que aparecen entre estructuras densas (por ejemplo, entre las vértebras o en la fosa posterior del cráneo) o como rayas que irradian desde objetos óseos muy densos. También pueden generar un efecto de «cupping» (copa) en el cráneo, donde el centro del cerebro parece más denso de lo que realmente es.

Corrección/Reducción

• Se pueden utilizar filtros en el tubo de rayos X para eliminar fotones de baja energía antes de que lleguen al paciente.
• Los equipos modernos incorporan algoritmos de corrección de endurecimiento del haz en el software de reconstrucción.
• A veces, ajustar el kilovoltaje (kVp) puede ayudar a penetrar mejor las estructuras densas.

Artefactos Metálicos

Causas

Provocados por la presencia de objetos metálicos dentro o sobre el cuerpo del paciente (como empastes dentales, implantes quirúrgicos, prótesis, clips). El metal atenúa los rayos X de forma extrema, causando una absorción casi total del haz en ciertas proyecciones y saturando los detectores.

Manifestación Visual

Se caracterizan por rayas muy brillantes y oscuras alternantes que irradian desde el objeto metálico, creando una apariencia estrellada o de «rayos de sol». En el centro del artefacto metálico, puede haber una pérdida total de información, apareciendo como un «agujero negro».

Corrección/Reducción

• Si es posible, se debe intentar retirar los objetos metálicos externos (joyas, cremalleras, etc.).
• Los sistemas de TC avanzados utilizan algoritmos de reducción de artefactos metálicos (MAR – Metal Artifact Reduction) que procesan los datos sin procesar (raw data) o las imágenes reconstruidas para estimar y corregir la atenuación del metal.
• Las técnicas de TC de doble energía también pueden ayudar a diferenciar el metal de los tejidos circundantes.

Artefactos de Movimiento

Causas

Se deben a cualquier movimiento involuntario del paciente durante la adquisición de los datos (como la respiración, el latido cardíaco, la peristalsis intestinal, temblores) o a movimientos voluntarios si el paciente no coopera.

Manifestación Visual

La imagen aparece borrosa o poco nítida. En casos de movimiento intermitente, pueden observarse «imágenes fantasma» o dobles de las estructuras, o rayas que atraviesan la imagen. El artefacto es más pronunciado en la dirección del movimiento.

Corrección/Reducción

• Es fundamental instruir y entrenar al paciente sobre la importancia de permanecer inmóvil y, si es necesario, de contener la respiración.
• El uso de equipos de TC multicorte y helicoidal permite tiempos de exploración muy rápidos, minimizando la duración de la apnea y la exposición al movimiento.
• Para estudios cardíacos, se utiliza la sincronización con el electrocardiograma (ECG gating).
• En algunos casos, puede ser necesaria la sedación o la inmovilización del paciente.