Introducción a la Tomografía Computada

La tomografía computada representa una revolución en la radiología médica. Se basa en el uso de un haz de rayos X colimado que atraviesa al paciente, donde la radiación atenuada es captada por detectores que transmiten la señal a un ordenador.

El ordenador procesa esta información mediante algoritmos matemáticos que reconstruyen vistas transversales de la región anatómica estudiada. La imagen resultante se visualiza en un monitor y puede guardarse en diferentes formatos digitales como DICOM o CD.

💡 La TC permite ver "rebanadas" o cortes del cuerpo humano, mostrando estructuras que serían imposibles de apreciar en una radiografía convencional.

A diferencia de la radiografía convencional, la TC logra eliminar la superposición de estructuras, lo que permite una visualización mucho más detallada y precisa de los órganos internos.

Reseña Histórica

La tomografía computada representa uno de los avances más significativos en radiodiagnóstico de los últimos 50 años. Aunque los componentes necesarios para construir un escáner ya existían en la década de 1950, fue Godfrey Hounsfield quien, en 1970, demostró públicamente el funcionamiento de este revolucionario sistema.

Hounsfield, ingeniero de la empresa británica EMI Ltd., recibió reconocimiento unánime por este desarrollo que transformaría para siempre la medicina diagnóstica. En 1982, su contribución fue coronada con el Premio Nobel de Física, compartido con Alan Cormack de la Universidad Tufts, quien desarrolló los fundamentos matemáticos necesarios para la reconstrucción de imágenes tomográficas.

La brillantez de este invento radica en combinar principios físicos conocidos con capacidades computacionales emergentes, creando una herramienta diagnóstica que permite visualizar el interior del cuerpo humano con un detalle nunca antes posible.

Principios de Funcionamiento

La TC básica utiliza un haz de rayos X finamente colimado y un detector que se mueven de forma sincronizada. Durante el barrido o traslación, las estructuras internas del cuerpo atenúan el haz según su número atómico y densidad, generando un perfil de intensidad llamado proyección.

Al finalizar cada traslación, el conjunto fuente-detector regresa a su posición inicial y gira para iniciar una nueva traslación. Este proceso se repite múltiples veces, generando numerosas proyecciones que son almacenadas en un ordenador.

💡 La magia de la TC ocurre en el procesamiento: el ordenador analiza los patrones de superposición de todas las proyecciones para reconstruir una imagen detallada de las estructuras anatómicas.

La señal del detector durante cada traslación se registra en incrementos, relacionados con el coeficiente de atenuación de los rayos X a lo largo del tejido. Mediante ecuaciones simultáneas, se crea una matriz de valores que representa con precisión la sección transversal de la estructura examinada.

Tipos de Tomógrafos Computados

Los escáneres de primera generación $Translación-rotación$ utilizaban un único tubo de rayos X y un detector que realizaban movimientos de traslación y rotación. Los tiempos de adquisición eran extremadamente largos (más de 5 minutos por corte) y se utilizaban principalmente para estudios de cráneo.

Los escáneres de segunda generación incorporaron varios detectores y un haz en abanico, reduciendo los tiempos de adquisición a 20-60 segundos por corte. Sin embargo, esta configuración aumentaba la radiación dispersa.

Los escáneres de tercera generación representaron un gran avance al introducir el movimiento de rotación-rotación, donde el tubo de rayos X y una matriz curvilínea de detectores giran concéntricamente alrededor del paciente. Estos equipos podían producir una imagen por segundo y utilizaban un haz en abanico de 30-60°, permitiendo visualizar al paciente completo en cada barrido.

Una ventaja importante de los escáneres de tercera generación es su mejor colimación del haz, que reduce significativamente la radiación dispersa. Sin embargo, presentan la desventaja de posibles artefactos si algún detector falla.

Escáneres Avanzados

Los escáneres de cuarta generación utilizan un sistema de rotación-estacionaria donde solo el tubo de rayos X gira, mientras la matriz de detectores permanece fija en disposición circular. Alcanzan tiempos de barrido de 1 segundo y permiten variables de grosor de corte. Su principal desventaja es la mayor dosis de radiación recibida por el paciente.

Los escáneres multicorte (Multi Slice) representan la evolución más reciente, capaces de obtener múltiples imágenes simultáneamente en tiempos inferiores a un segundo. La tecnología ha avanzado rápidamente: en 1998 apareció el Mx 8000 con 4 filas de detectores, en 2002 el IDT con 16 canales, y para 2004 ya existían equipos Brillance con 40 canales, llegando actualmente hasta 60 canales.

💡 La principal ventaja de los equipos multicorte no es solo su velocidad, sino la calidad de imagen que permite diagnósticos con precisión cercana al 95% en manos expertas.

Estos avanzados equipos permiten estudios contrastados superiores mediante bombas inyectoras computarizadas, reconstrucciones en dos y tres dimensiones con excelente detalle anatómico, y angiografías por TC de alta calidad en cualquier territorio vascular.

Componentes Principales del Sistema

Cualquier tomógrafo computado consta de tres componentes esenciales: el gantry, el ordenador y la consola del operador.

El gantry contiene el tubo de rayos X, la matriz de detectores, el generador de alta tensión, la camilla para el paciente y los soportes mecánicos. Todos estos subsistemas se controlan desde la consola del operador y transmiten datos al ordenador para producir y analizar las imágenes.

El tubo de rayos X en la mayoría de los equipos modernos utiliza rotores de alta velocidad para facilitar la disipación del calor. Los equipos diseñados para alta resolución espacial incorporan tubos con punto focal pequeño.

Los detectores han evolucionado desde un único elemento hasta matrices con hasta 2.400 elementos. Existen principalmente dos categorías: detectores de centelleo y detectores de gas, cada uno con sus propias características y ventajas.

La colimación es fundamental en TC. Se utilizan dos colimadores: el prepaciente (montado cerca del tubo) que limita el área irradiada y determina el grosor del corte, y el pospaciente que restringe el campo de rayos X visto por los detectores, reduciendo la radiación dispersa.

Elementos Técnicos y Procesamiento

El generador de alta tensión en los tomógrafos modernos funciona con alimentación trifásica o de alta frecuencia, permitiendo velocidades superiores del rotor y manejando los picos de potencia característicos.

La camilla de soporte está construida con materiales de bajo número atómico, como fibra de carbono, y dispone de un motor de precisión para posicionar correctamente al paciente, elemento crucial especialmente en TC espiral.

El ordenador es el corazón del sistema, capaz de resolver simultáneamente unas 30.000 ecuaciones para reconstruir la imagen. Requiere condiciones ambientales controladas de temperatura y humedad en una sala dedicada.

💡 Por más avanzado que sea el equipo, el elemento más importante sigue siendo el profesional que interpreta los estudios. La tecnología es una herramienta, pero el diagnóstico depende del ojo experto.

Las consolas de control suelen ser dos: una para el técnico que opera el equipo y otra para el radiólogo que consulta y manipula las imágenes. El almacenamiento de imágenes ha evolucionado y ahora los datos se guardan en discos duros y pueden transformarse al formato DICOM para grabarse en CD o imprimirse en películas o papel fotográfico.

Construcción de la Imagen en TC

La imagen de TC, aunque se visualiza en dos dimensiones, representa en realidad un volumen. Se construye sobre una matriz, que es una rejilla cuadrada compuesta por pequeños cuadrados llamados píxeles. Cada píxel, al tener un grosor (determinado por el grosor de corte), forma un elemento volumétrico llamado vóxel.

El ordenador asigna a cada píxel un valor numérico que corresponde a la atenuación media de los rayos X en ese vóxel. Este valor determina el color en la escala de grises que visualizamos. La reconstrucción de la imagen se realiza principalmente mediante dos métodos:

1. Método iterativo: Utilizado en TC de primera generación, realiza intentos de sumas en vertical, horizontal y diagonal hasta obtener coincidencia en todos los datos. Actualmente está en desuso.

2. Método analítico: El más común es la retroproyección filtrada, que comienza a reconstruir la imagen conforme se reciben los datos. La imagen resultante se procesa con un filtro KERNEL que aplica fórmulas matemáticas para resaltar detalles de importancia diagnóstica.

Los filtros KERNEL más importantes son: SHARP (realza bordes entre estructuras de muy distinto coeficiente), REALCE DE BORDES (mejora el contraste entre estructuras similares) y SUAVIZADO (reduce artefactos debidos al ruido).

Calidad de Imagen en Tomografía

La calidad de imagen en TC se evalúa mediante cuatro características principales: resolución espacial, resolución de contraste, linealidad y ruido.

La resolución espacial es la capacidad de discriminar objetos pequeños y cercanos entre sí. Depende principalmente del tamaño del píxel (a menor tamaño, mayor resolución), del grosor de corte (más fino, mejor resolución) y del algoritmo de reconstrucción utilizado.

La resolución de contraste representa la capacidad para distinguir estructuras de diferente densidad. Es significativamente superior en TC que en radiografías convencionales gracias a la colimación del haz, que reduce drásticamente la radiación dispersa. Depende del contraste natural del objeto y del ruido de fondo del equipo.

💡 La TC puede detectar diferencias de contraste de apenas 0.5%, mientras que la radiografía convencional requiere diferencias de al menos 10% para ser perceptibles.

El ruido del sistema se manifiesta como variaciones en los valores de los píxeles sobre un mismo tejido. Aparece como un granulado que puede difuminar bordes y reducir la definición. Su control es fundamental para preservar la calidad diagnóstica de las imágenes.

Concepto de Ventana y Unidades Hounsfield

La escala de valores de atenuación en TC, conocida como unidades Hounsfield (UH), toma el agua como referencia (0 UH). Los materiales se clasifican desde el aire $-1000 UH$ hasta metales (>1000 UH), pasando por la grasa $-100 UH$, tejidos blandos $30-70 UH$ y hueso (300 UH).

El ojo humano solo distingue aproximadamente 40 tonos de gris, mientras que la escala Hounsfield supera las 4.000 unidades. Para solucionar esta limitación, se utiliza el concepto de ventana, que permite seleccionar qué rango de unidades Hounsfield visualizamos en la escala de grises disponible.

La ventana se define mediante dos parámetros:

• Amplitud de ventana: Cantidad de valores UH que se representan en la escala de grises
• Centro o nivel: Valor UH que corresponde al gris medio de la ventana

Al ajustar estos parámetros, podemos optimizar la visualización de diferentes tejidos. Por ejemplo, una ventana estrecha centrada en tejidos blandos (centro: 35 UH, amplitud: 120 UH) para cerebro, o una ventana amplia centrada en el pulmón (centro: 700 UH, amplitud: 1500 UH).

Esta flexibilidad para ajustar la visualización es una de las grandes ventajas diagnósticas de la TC, permitiendo detectar sutiles diferencias de densidad imposibles de apreciar en radiografías convencionales.