Principios y Artefactos Comunes en Tomografía Computarizada

Artefactos Físicos en Tomografía Computarizada

Estos artefactos se originan por la interacción física de los rayos X con la materia.

• Endurecimiento del haz: No todos los fotones de rayos X tienen la misma energía. Algunos fotones de baja energía (energía blanda) no poseen la suficiente capacidad para atravesar ciertas estructuras densas, siendo absorbidos preferentemente. Esto altera la energía promedio del haz a medida que atraviesa al paciente.
• Promediación (Artefacto por volumen parcial): Ocurre cuando dentro de un mismo vóxel coexisten tejidos u órganos con coeficientes de atenuación muy distintos, por lo que se falsea la representación al hacer la media de atenuación en ese vóxel. Se corrige o mitiga reduciendo el grosor de corte.
• Déficit de fotones (Ruido fotónico): Se manifiesta como rayas o bandas que irradian desde regiones anatómicas muy anchas o densas. Ocurre porque el paciente no tiene una forma regular y, al girar el gantry, en algunas proyecciones no llegan suficientes fotones a los detectores tras atravesar las partes más gruesas o atenuantes del paciente.
• Falta de homogeneidad (Artefacto en cebra): Puede deberse a que los detectores estén mínimamente descalibrados o desplazados entre sí, provocando variaciones sutiles en la señal registrada y generando un patrón de bandas alternas (similar a una cebra) que emborrona la imagen.
• Barrido inadecuado (Truncamiento): Sucede cuando parte de la región de interés anatómico queda fuera del campo de visión (FOV) o del campo de radiación escaneado.

Artefactos Técnicos en Tomografía Computarizada

Estos artefactos están relacionados con el funcionamiento del equipo o el procesamiento de la señal.

• Aliasing: Se produce por un muestreo insuficiente de la señal. Puede ocurrir, por ejemplo, por un cambio brusco en la atenuación detectada cuando el haz pasa de medir un objeto con atenuación muy grande a otro con atenuación muy baja en un corto espacio.
  • Streaking (Artefacto de rayas): Es una forma común de aliasing que ocurre frecuentemente con elementos metálicos (implantes, prótesis). Estos objetos de alta atenuación generan múltiples rayas que irradian desde ellos, formando una imagen en estrella y oscureciendo las estructuras adyacentes.
• Linealidad: Un artefacto por falta de linealidad se produce si un objeto homogéneo (con atenuación uniforme) es leído de forma diferente por los detectores en distintas proyecciones o en distintas posiciones dentro del campo de visión.
• Estabilidad: La falta de estabilidad ocurre cuando uno o varios detectores pierden sensibilidad o su respuesta varía con el tiempo. Esto puede generar artefactos en forma de anillos concéntricos en la imagen.

Parámetros que Determinan la Absorción de Energía

La atenuación de los rayos X depende principalmente de:

• Número atómico (Z) de las sustancias que forman la estructura de estudio. (Mayor Z, mayor absorción).
• Densidad física (ρ) del objeto (masa por unidad de volumen). (Mayor densidad, mayor absorción).
• Tamaño/Espesor del objeto atravesado. (Mayor espesor, mayor absorción).
• (Implícitamente, la energía del haz de rayos X también es un factor fundamental).

Reconstrucción de la Imagen: Retroproyección y Filtros

Retroproyección

La reconstrucción de la imagen en TC utiliza un número suficiente de proyecciones (mediciones de atenuación desde diferentes ángulos) que cubran toda la estructura estudiada. La retroproyección simple suma estas proyecciones, pero resultaba en una imagen muy poco nítida o borrosa.

Filtros (Convolución)

Para mejorar la nitidez, se aplica un proceso de filtrado (convolución) a los datos crudos antes de la retroproyección. Se selecciona un filtro específico (kernel de convolución) en función de las estructuras que se quieran estudiar (ej. filtro de alta resolución para hueso, filtro suave para tejidos blandos). Este proceso funciona mediante algoritmos matemáticos y mejora significativamente la calidad de la imagen sin perder los datos originales.

Escala Hounsfield (Unidades Hounsfield - UH)

La escala Hounsfield cuantifica la atenuación relativa de los rayos X en los diferentes tejidos, asignando valores numéricos (Número TC o UH) a cada vóxel:

• Hueso compacto: +800 a +1000 UH (y más) (Blanco)
• Tejidos blandos: +20 a +70 UH (aproximadamente)
• Agua: 0 UH (Referencia)
• Tejido adiposo (Grasa): -80 a -100 UH
• Pulmón: -650 a -1000 UH (dependiendo de la inspiración)
• Aire: -1000 UH (Negro)

Ajuste de Ventana (Nivel y Amplitud)

Permite optimizar la visualización de diferentes tejidos modificando el rango de Unidades Hounsfield que se muestran en la escala de grises de la imagen.

• Nivel de ventana (Window Level - WL): Es el valor central de UH en la escala de grises. Se ajusta en primer lugar y se posiciona típicamente en el valor UH del tejido principal a estudiar. Aumentar el nivel de ventana permite visualizar mejor tejidos más densos.
• Amplitud de ventana (Window Width - WW): Define el rango total de valores UH que se mostrarán en la escala de grises (desde negro hasta blanco). Se fija en segundo lugar, en función de la variedad de tejidos presentes en la región explorada. Una ventana estrecha mejora el contraste entre tejidos con UH similares, mientras que una ventana ancha permite ver un mayor rango de densidades.

Resolución Espacial y de Alto Contraste

Es la capacidad del sistema de TC para distinguir como objetos separados dos estructuras pequeñas y muy juntas que tienen una atenuación significativamente diferente (alto contraste).

Factores que influyen:

• Medición directa y Cálculo: Relacionados con la geometría del haz, la detección y los algoritmos de reconstrucción.
• Tamaño del Píxel y Matriz de reconstrucción: Matrices más grandes y píxeles más pequeños mejoran la resolución.
• Campo de Visión (Field of View - FOV): Un FOV más pequeño para una misma matriz mejora la resolución.
• Tamaño del Vóxel: Vóxeles más pequeños (menor grosor de corte y menor tamaño de píxel) mejoran la resolución espacial tridimensional.