LA TOMOGRAFÍA HELICOIDAL MULTICORTE EN NEURORRADIOLOGÍA: ASPECTOS TÉCNICOS

1. LA TOMOGRAFÍA HELICOIDAL MULTICORTE EN NEURORRADIOLOGÍA: ASPECTOS TÉCNICOS

2. LA TOMOGRAFÍA HELICOIDAL MULTICORTE EN NEURORRADIOLOGÍA: ASPECTOS TÉCNICOS • OBJETIVOS DOCENTES • REVISIÓN DEL TEMA • CONCLUSIONES

3. OBJETIVOS DOCENTES • Introducción de los principios técnicos de la Tomografía Helicoidal Multicorte (TCHMC): parámetros básicos (mAs, kV, matriz, pitch), colimación del haz y del corte, configuración de los detectores • Utilidad y limitaciones de las reconstrucciones 2D y 3D: MPR, MIP, VR, SSD • Análisis de los parámetros de imagen y reconstrucciones apropiados en estudios específicos de neurorradiología: TC craneal, órbitas o peñascos; angio-TC de carótidas, polígono de Willis o sistema venoso cerebral • Descripción de los principios y aspectos técnicos de la perfusión cerebral

4. REVISIÓN DEL TEMAPRINCIPIOS TÉCNICOS INTRODUCCIÓN • La tomografía computarizada (TC) es una técnica tomográfica digital que utiliza rayos X. En los equipos de TC, el tubo emisor emite un haz de rayos colimado (con una determinada anchura), que gira alrededor del eje longitudinal del paciente (eje Z). En el lado opuesto, girando sincrónicamente con el tubo, se dispone un arco de detectores que mide la atenuación de los rayos X. Durante el giro se efectúan múltiples medidas de la transmisión de los rayos (vistas o perfiles). El corte obtenido se reconstruye sobre una matriz, y la tonalidad de gris de cada píxel representa el grado de atenuación de ese punto en el corte

5. PRINCIPIOS TÉCNICOS • En los equipos de TC de tercera generación (en los cuales se basan todos los equipos helicoidales actuales) el tubo emite un haz de Rx en forma de abanico que cubre todo el plano axial del paciente, es decir, todo el campo de medición (field of view, FOV), e incide sobre un arco de detectores. El conjunto tubo-detectores gira sincrónicamente alrededor de un eje que, de manera ideal, debe coincidir con el eje longitudinal del paciente (eje Z) Eje Z

6. PRINCIPIOS TÉCNICOS • Los primeros tomógrafos de tercera generación (secuenciales) efectuaban un giro completo (360º) alrededor del paciente con una posición concreta de la mesa, adquiriendo múltiples proyecciones angulares del corte seleccionado. Para efectuar el siguiente corte, la mesa avanzaba y el proceso se repetía • En los más modernos equipos de TC de tercera generación (helicoidales) el conjunto tubo-arco de detectores gira mientras avanza la mesa del paciente. Esto da lugar a una adquisición en forma de hélice

7. PRINCIPIOS TÉCNICOS • Los tomógrafos helicoidales multicorte se basan en los TC de tercera generación, en los que existe un giro sincrónico de tubo y detectores mientras tiene lugar el avance de la mesa. Son tomógrafos helicoidales cuyo arco de detectores (también llamado bandeja o array) consta de dos o más filas. A medida que aumenta el número de filas de detectores del arco, es posible adquirir un mayor número de cortes aumentando al mismo tiempo la cobertura, es decir, el número de centímetros del paciente que se abarcan en cada giro del tubo (y por tanto el avance en cada giro)

8. PRINCIPIOS TÉCNICOS • La característica fundamental del TCHMC que le diferencia de sus predecesores es la capacidad de adquirir más de un corte simultáneamente. Para que esa capacidad sea posible el sistema debe contar con más de una fila de elementos detectores • Es preferible utilizar la denominación “TC multicorte” en lugar de “TC multidetector” ya que el número de filas de detectores suele ser mayor que el número de cortes que el equipo puede adquirir simultáneamente • El número máximo de cortes posibles viene determinado por el número de canales

9. PRINCIPIOS TÉCNICOS Las principales ventajas del TCHMC frente a los equipos monocorte se pueden resumir como sigue: • Mejoría de la resolución espacial en el eje largo del paciente (eje Z) • Mejoría de la resolución temporal (disminución significativa del tiempo empleado en adquirir los datos para formar una imagen en el estudio de una región anatómica determinada) y disminución del tiempo de exploración • Mayor cobertura: posibilidad de estudiar un mayor volumen del paciente en cada giro del conjunto tubo-detectores • Mayor eficiencia: mejor uso de la energía proporcionada por el tubo de rayos X y prolongación de la vida útil de este último

10. PRINCIPIOS TÉCNICOS • A la izquierda representamos un conjunto giratorio tubo de rayos X - arco de detectores visto desde la cabeza del paciente en el gantry • Las otras dos figuras muestran el arco de detectores desde distintas perspectivas Bandeja o array de detectores Bandeja de detectores simétricos en 16 filas con 4 canales Perspectiva del arco giratorio

11. PRINCIPIOS TÉCNICOS Para recordar el diseño y el tipo de detectores e ilustrar la cobertura de un TCHMC en cada giro vamos a representar un arco con 16 filas de detectores, todos del mismo tamaño (arco de detectores simétricos). Debajo representamos una escala numérica de 4 cm, que utilizaremos en los ejemplos que describimos a continuación Eje Z Bandeja de detectores simétricos en 16 filas con 4 canales 4 cm

12. PRINCIPIOS TÉCNICOS Todos los detectores tienen similar longitud en el eje Z (1.25 mm). Por ello, el arco de 16 filas no puede cubrir más de 2 cm (16 x 1.25 mm) en el eje longitudinal del paciente en cada giro El equipo representado tiene 4 canales; por tanto no es capaz de adquirir más de 4 cortes simultáneos!!! 16 filas 4 canales 4 cortes 16 x 1.25 mm 4 cm

13. PRINCIPIOS TÉCNICOS Al esquema anterior hemos añadido la colimación del haz de rayos (en amarillo) y el número de detectores que cubre (entre ambas líneas rojas, 4 detectores). También se representa en rojo, de manera esquemática, el número de cortes (4) y su grosor (1.25 mm) En la escala centimétrica se indica la cobertura del paciente en el eje longitudinal (5 mm) 16 filas 4 canales 4 cortes x 1.25 mm Cobertura: 5 mm 4 cm 5 mm

14. PRINCIPIOS TÉCNICOS Si se disminuye la colimación aumenta la anchura del haz de rayos, y podemos cubrir 8 detectores, por ejemplo, en lugar de 4. Como el equipo sólo tiene cuatro canales, se combinan las filas de detectores de dos en dos de tal manera que se obtienen 4 cortes de 2.5 mm cada uno. Así, conseguimos un aumento de la cobertura en el eje longitudinal (Z) del paciente, que alcanza los 10 cm 16 filas 4 canales 4 cortes x 2.50 mm Cobertura: 10 mm 4 cm 10 mm

15. PRINCIPIOS TÉCNICOS Si aumentamos más la anchura del haz de rayos podemos cubrir 12 filas de detectores, que se combinan de 3 en 3. El resultado son 4 cortes de 3.75 mm y una cobertura de 15 mm en el eje Z del paciente 16 filas 4 canales 4 cortes x 3.75 mm Cobertura: 15 mm 4 cm 15 mm

16. PRINCIPIOS TÉCNICOS Con la máxima apertura del haz de rayos se cubren todas las filas del arco de detectores. Combinando estas filas de cuatro en cuatro se consiguen 4 cortes de 5 mm, para una cobertura máxima de 20 mm en el eje Z del paciente 16 filas 4 canales 4 cortes x 5 mm Cobertura: 20 mm 4 cm 20 mm

17. PRINCIPIOS TÉCNICOS Existen equipos de TC con un diseño asimétrico de los detectores para minimizar el “efecto sombra” causado por la incidencia no ortogonal del haz sobre los tabiques que separan los detectores más periféricos de la bandeja Al igual que en los ejemplos anteriores es posible combinar las filas de detectores para variar el grosor de corte y la cobertura anatómica. Los cortes más finos se obtienen colimando mucho el haz y cubriendo sólo algunas filas de detectores. El número de cortes simultáneos posibles viene igualmente determinado por el número de canales. Con menores colimaciones obtendremos cortes más gruesos y una mayor cobertura anatómica en el eje Z, que no podrá exceder en ningún caso la longitud de la bandeja de detectores

18. PRINCIPIOS TÉCNICOS Conceptos básicos • El tubo de rayos X consta básicamente de dos electrodos (negativo -cátodo- y positivo -ánodo) al vacío en el interior de una ampolla de vidrio entre los que se establece una diferencia de potencial mediante un generador • Esa diferencia de potencial da lugar a una corriente de electrones desde el cátodo al ánodo • Los electrones chocan contra el ánodo liberándose energía. El 99% de la energía resultante se convierte en calor y sólo el 1% restante se convertirá en rayos X (radiación electromagnética ionizante) • Ese 1% de energía convertida en rayos X forma el haz de rayos, compuesto de fotones, que es dirigido al paciente • Parte de los fotones del haz de rayos serán absorbidos por el paciente. Los de mayor energía sobrepasarán el espesor del mismo y sufrirán distintos grados de atenuación a lo largo de su trayecto en función de su energía • La imagen radiológica se forma con el haz de fotones transmitido por el paciente que alcanza el sistema de registro

19. PRINCIPIOS TÉCNICOS Conceptos básicos • Tensión ó Kilovoltaje (kV).- Expresa la diferencia de potencial aplicada entre el cátodo y el ánodo para producir la corriente de electrones. Determina la velocidad de los mismos y por tanto la energía (calidad) del haz de rayos • A mayor kilovoltaje: • Rayos X más energéticos y con menor longitud de onda • Mayor poder de penetración de los rayos X y menor dosis absorbida por el paciente • Mayor radiación dispersa y menor contraste en la imagen • Intensidad ó miliamperaje (mA).- Expresa la corriente del tubo, es decir, la cantidad de electrones. Determina la carga del haz de rayos (el número de fotones) • A mayor miliamperaje: • Mayor número de fotones de baja energía y por tanto aumento de la dosis absorbida por el paciente • Reducción de la borrosidad por movimiento del paciente durante la exploración • Aumento de impactos en el ánodo: mayor calentamiento del tubo

20. PRINCIPIOS TÉCNICOS Píxel, vóxel y matriz • En los estudios de TC obtenemos múltiples cortes de grosor variable para la valoración de una región anatómica determinada • Una imagen de TC es la expresión bidimensional de los valores de atenuación de una región anatómica cuantificados en una escala de grises. Esos valores representan el coeficiente de atenuación de cada elemento de volumen o vóxel • Vóxel.- Representa un volumen igual a una pequeña área de la imagen multiplicada por el grosor del corte. La altura del vóxel viene determinado por la anchura del haz de rayos (grosor del corte tomográfico) • Píxel.- Es la representación gráfica en una matriz plana de la información obtenida en un vóxel. El tamaño del pixel se relaciona con el tamaño de la matriz según la relación: • Tamaño del pixel = campo de visión (FOV) / tamaño de la matriz • Matriz.- Es la representación de todos los datos obtenidos en la realización del corte, es decir, un conjunto de píxeles dispuestos en filas y columnas en los ejes x e y

21. PRINCIPIOS TÉCNICOS Matriz Píxel Vóxel

22. PRINCIPIOS TÉCNICOS Colimación del haz y grosor de corte • Colimador: barrera metálica con una apertura regulable en el centro que se utiliza para reducir el tamaño del haz de rayos • La colimación del haz y el grosor de corte son los dos parámetros fundamentales de los que depende la cobertura en el eje Z • Colimación de corte: para escoger el grosor del corte Colimación del haz Colimación del corte

23. PRINCIPIOS TÉCNICOS Pitch (paso de rosca o factor de paso, pitch de haz).- • Es la relación entre el avance de la mesa en el eje longitudinal por cada rotación del conjunto tubo-detectores y la anchura del haz de rayos. Esta definición es válida tanto para los antiguos equipos monocorte como para los TCHMC. En los equipos de TC monocorte, capaces de realizar un solo corte por cada giro, la anchura del haz de rayos (colimación del haz) coincide con el grosor de corte • Informa acerca de la adquisición de los datos: • Un pitch de 1 indica que no existen solapamientos ni “huecos” en la espira de adquisición. • Si el pitch es mayor de uno y se mantienen constantes el kV, el mA y la colimación del haz, aumenta el avance de la mesa por lo que la espira de adquisición “se estira” y aparecen “huecos” en la misma, disminuyendo la radiación sobre el paciente. • Un pitch menor de uno manteniendo constante el resto de parámetros implica solapamiento de la hélice, obteniéndose una mejor relación S/R a costa de un aumento de la dosis de radiación del paciente. Avance de la mesa por cada rotación del gantry (mm) Colimación del haz (mm) Pitch =

24. PRINCIPIOS TÉCNICOS Algoritmos de interpolación • Dada la geometría de la adquisición en los TC helicoidales, los datos obtenidos no pueden emplearse directamente para reconstruir imágenes transaxiales siendo necesario un cálculo a partir de la espiral oblicua continua. Existen unos programas informáticos (algoritmos de interpolación) que permiten estimar un valor de atenuación comprendido entre dos valores conocidos en el eje Z. Estos programas asumen una relación lineal entre dos valores conocidos e interpolan datos separados bien por 360º (una revolución completa del tubo) o bien por 180º (media revolución) • El resultado de la interpolación es una imagen transversal prácticamente idéntica a la del TC secuencial convencional • La interpolación de 180º aporta una mejor resolución en el eje Z con respecto a la de 360º y permite reformateos coronales y sagitales de mejor calidad • A diferencia de los TCH monocortes, los TCHMC disponen de un algoritmo de reconstrucción que utiliza múltiples puntos (por lo que las imágenes y los reformateos son más fidedignos) denominado Z-filtering

25. Objetivos Aumentar la resolución de contraste Diferenciación entre la señal de las sustancias gris y blanca No son prioridad: Resolución espacial Velocidad Rango pequeño a valorar en el eje Z Volumen isotrópico Generalmente no son necesarias reconstrucciones 2D ó 3D ESTUDIOS DE TC EN EL CRÁNEO En este ejemplo se identifica un infarto agudo en el territorio profundo de la ACM derecha como un borramiento del núcleo lenticular. Es crucial un estudio con una adecuada resolución de contraste

26. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. - Aumentar el mAs Inconvenientes - Mayor dosis recibida por el paciente - Incremento del calentamiento del tubo

27. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. -Aumentar el grosor de corte

28. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. -Aumentar el grosor de corte Inconvenientes -Menor resolución espacial -Aumento del volumen parcial

29. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. -Aumentar el tiempo de rotación

30. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. -Aumentar el tiempo de rotación Inconvenientes -Más y más importantes artefactos por movimientos

31. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. -Reducir la matriz

32. PARÁMETROS EN TC DE CRÁNEO Para aumentar la resolución en contraste …. -Reducir la matriz Inconvenientes -Menor resolución espacial

33. ¿OFRECE VENTAJAS EL TCHMC EN MODO HELICOIDAL EN EL ESTUDIO DE CRÁNEO? • No es necesaria la mayor velocidad de rotación del tubo del modo helicoidal: • ↓ el mA/s ↑ el ruido ↓ la resolución en contraste • No suele ser útil el aumento de la resolución espacial en el eje z: • No se realizan habitualmente reconstrucciones 3D ó 2D • La resolución en contraste es discretamente menor en el TCHMC en modo helicoidal: • Los algoritmos de interpolación aumentan el ruido

34. VELOCIDAD DE ROTACIÓN DEL TUBO En ambas imágenes los parámetros son idénticos (kV, ancho de ventana, mA y grosor de corte) excepto el tiempo de rotación del tubo de rayos X, que está disminuido en el caso de la derecha debido a que la adquisición ha sido helicoidal. Por tanto, existe un mayor ruido en la imagen (al ser inferior el mA/s) con respecto a la izquierda, obtenida en modo secuencial.

35. TCHMC MODO HELICOIDAL VS SECUENCIAL Sin embargo, si procuramos que todos los parámetros de la adquisición sean idénticos las imágenes obtenidas presentan una calidad similar. En este caso, la adquisición de la imagen de la izquierda ha sido helicoidal mientras que la de la derecha fue secuencial.

36. OBJETIVOS Gran velocidad Separación de fase arterial y venosa Menor dosis de contraste Alta resolución espacial En los ejes X-Y-Z Vóxel isotrópico Reconstrucciones SOLUCIONES DEL TCHMC Mayor velocidad de rotación del tubo Sistemas de detección automática del bolo Mayor cobertura en el eje Z por rotación Posibilidad de reconstruir cortes finos Filtrado Z que mejora el perfil de corte en función del pitch Colimación del haz subcentimétrica ANGIOGRAFÍA TCHMC (ATC) EN NEURORRADIOLOGÍA

37. En el estudio de angioTC para valoración de troncos supraaórticos, la adquisición debe ser en modo helicoidal. Debido a la cobertura necesaria en el eje Z y que, en general, se valoran vasos de gran tamaño, el pitch utilizado suele ser mayor de la unidad. ANGIOGRAFÍA TCHMC EN CARÓTIDAS

38. ANGIOGRAFÍA TCHMC EN POLÍGONO DE WILLIS • Sin embargo, en el caso del polígono de Willis la cobertura en el eje Z es menor y se necesita una mayor resolución espacial, al valorarse estructuras vasculares más pequeñas • Por ello el pitch empleado es menor de 1

39. Es importante recordar que también deben considerarse otros parámetros de la imagen en los estudios angioTC. Así pues, el tamaño del canal utilizado condiciona el límite de resolución de la estructuras vasculares que vamos a identificar. En la imagen de la izquierda podemos observar vasos de menor tamaño que en la derecha al haber empleado un canal de 0,5 mm frente a 1,0 mm

40. VALORACIÓN DE LAS ESTENOSIS CAROTÍDEAS POR ATC DEBE SER EL PRIMER MÉTODO DE EVALUACIÓN NO HAY PÉRDIDAS DE INFORMACIÓN (AL CONTRARIO QUE CON LOS MÉTODOS DE POSTPROCESO) IMÁGENES AXIALES FUENTE ÚTIL PARA COMPROBAR LOS HALLAZGOS DE LAS RECONSTRUCCIONES 2D ó 3D LA VALORACIÓN PUEDE SER DIFÍCIL SI EL VASO ES TORTUOSO ES LA TÉCNICA DE RECONSTRUCCIÓN MÁS IMPORTANTE EN ESTENOSIS MPR CURVO FUNDAMENTAL EN VASOS TORTUOSOS PERMITE VALORAR TANTO LA LUZ DEL VASO COMO SU PARED

41. VALORACIÓN DE LAS ESTENOSIS CAROTÍDEAS POR ATC PROPORCIONA IMÁGENES SIMILARES A LA ANGIOGRAFÍA CONVENCIONAL NO PERMITE VALORAR VASOS SI HAY SUPERPOSICIÓN CON ESTRUCTURAS DE MAYORES VALORES DE ATENUACIÓN QUE EL CONTRASTE (CALCIO Y HUESO) MIP PROBLEMAS EN LA VALORACIÓN DE CALCIFICACIONES EN ANILLO PERMITE VALORAR TANTO LA MORFOLOGÍA DEL VASO COMO LAS RELACIONES ANATÓMICAS DEL MISMO VR 3D NO ES UN MÉTODO ADECUADO PARA VALORAR LA LUZ DEL VASO EN EL CASO DE CALCIFICACIONES DEBE UTILIZARSE UNA OPACIDAD ADECUADA PARA EVITAR INTEGRAR EL CALCIO CON EL CONTRASTE DE LA LUZ VASCULAR

42. VOI = 0,5 mm VOI = 14,5 mm VOI = 10 mm VOI = 0,5 mm Si valoramos una estenosis carotídea calcificada, el grosor del volumen de interés (VOI) debe ser el menor posible para evitar la superposición de la densidad del calcio con el contraste intravascular que impediría visualizar la luz vascular VOI = 0,5 mm VOI = 5,5 mm

43. Las reconstrucciones MPR de los estudios de AngioTC deben ser curvas y adaptarse al eje longitudinal del vaso. En este caso las reconstrucciones en los planos sagital y coronalestrictos (ortogonales al plano axial adquirido) no permiten valorar adecuadamente la estenosis (flechas) MPR CORONAL MPR SAGITAL

44. ATC DE LOS ANEURISMAS INTRACRANEALES • La sensibilidad del ATC en la detección de los aneurismas cerebrales es del 85-95% • 96% para aneurismas de >3 mm • 61% para aneurismas de <3 mm (White el al. Radiology 2000) • Sin embargo la ATC no supera a la angiografía de sustracción digital (ASD) • Utilidad de la ATC frente a ASD • Generación de una información 3D de la anatomía exacta de las arterias intracraneales • Valoración de calcificaciones o trombosis murales

45. ANÁLISIS DE LA VALORACIÓN DE LOS ANEURISMAS CEREBRALESPOR ATC

46. ATC DE LOS ANEURISMAS INTRACRANEALES Análisis de la angiografía TC • Revisar de forma detallada las imágenes fuente • En estación de trabajo • Ventana ancha: diferenciar hueso, contraste, calcio • Postproceso 2D ó 3D • MPR: debe ser el método de primera elección para un análisis posterior de los datos de ATC • MIP: Muy utilizado. No permite valorar relaciones anatómicas o aneurismas calcificados. Resultados dependientes de: • Grosor del volumen de interés • Colimación del haz • Dirección del vaso • VR: Valora tanto la anatomía vascular como las relaciones espaciales con estructuras próximas pero sus resultados son muy dependientes de los parámetros de representación: • Nivel y ancho de ventana • Opacidad

47. VR 3D: DEPENDIENTE DEL NIVEL DE VENTANA En este caso, se ha ido disminuyendo el nivel de ventana de izquierda a derecha. Mientras en la imagen de la izquierda no se identifica adecuadamente la arteria vertebral derecha, pareciendo falsamente estenótica (flecha roja) en la imagen central se logra visualizarla adecuamenre así como la PICA del mismo lado (flecha verde) Sin embargo, si se disminuye en exceso el nivel de ventana, se identifican demasiadas estructuras vasculares que dificultan su valoración

48. MIP TC secuencial AngioTC Ejemplo de la utilidad de la angioTC en la urgencia. Se identifca un hematoma espontáneo en región silviana izquierda. El estudio angioTC revela que su origen es un aneurisma de base amplia en bifurcación de ACM. De esta forma se dispone de una información esencial para el manejo terapeútico de este paciente. VR

49. PERFUSIÓN CEREBRAL TC • Es una técnica que valora la microvasculatura cerebral tras la inyección de un medio de contraste no difusible • Se basa en los cambios de los valores de atenuación (unidades Hounsfield) a lo largo del tiempo que se relacionan con la concentración de contraste intravascular • La perfusión TC solo ha podido desarrollarse con el TCHMC • Necesidad de una alta resolución temporal • Haz de colimación grueso

50. EJEMPLO DE PROTOCOLO DE ADQUISICIÓN • 120 kV / 250 mA • Colimación del corte: 4 x 8 mm (máximo posible) • Tiempo de rotación: 1s • 40 dinámicos por sección • Dosis de contraste: 40 ml + 40 ml de suero • Velocidad de inyección: 4.0 ml/sg (18G) • Colocación de ROI en ACM ó ACA (entrada arterial) y en seno longitudinal superior (entrada venosa) • Disparo sincronizado con la inyección de c.i.v.