reconstrucciones tac

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Trabajo Final Integrador “3D en Tomografía” UNIVERSIDAD NACIONAL SAN MARTÍN Escuela de Ciencia y Tecnología Alumna: Agustina Soledad Ortmann Fecha de ingreso a la Universidad: año 2003 Dirección de mail: [email protected] Tutor: Ing. Gustavo Chumillo Lugar de práctica: Hospital Santojanni Fecha de presentación: Mayo 2008

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Page 1: Reconstrucciones Tac

Trabajo Final Integrador

“3D en Tomografía”

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN MARTÍN Escuela de Ciencia y Tecnología

Alumna: Agustina Soledad Ortmann

Fecha de ingreso a la Universidad: año 2003

Dirección de mail: [email protected]

Tutor: Ing. Gustavo Chumillo

Lugar de práctica: Hospital Santojanni

Fecha de presentación: Mayo 2008

Page 2: Reconstrucciones Tac

Índice 1.1.- Introducción 2.1.- Generalidades 2.2.- Unidades Hounsfield 3.1.- Técnicas de reconstrucción 3.2.- Reconstrucción multiplanar (MPR) 3.2.1.- Reconstrucción curva 3.3.- Reconstrucción de superficie sombreada (SSD) 3.4.- Proyección de máxima intensidad (MIP) 3.5.- Reconstrucción de volumen (VR) 3.5.1.- Tablas de opacidad 3.5.2.- Mapas de color 4.1.- Filtros de reconstrucción 5.1.- Tratamiento de las imágenes 3D 6.1.- Aplicaciones diagnósticas 7.1.- Conclusiones 8.1.- Bibliografía

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Page 3: Reconstrucciones Tac

1.1.- Introducción A partir de 1989 surgen los Tomógrafos Helicoidales y en 1998 aparece el Tomógrafo

computado Multicorte con 4 filas de detectores dando comienzo a la era del diagnóstico no

invasivo y de los Estudios Virtuales. La siguiente generación, actualmente en uso está

representada por los Tomógrafos Multicorte de 64 filas de detectores. Con estos equipos es

posible adquirir un volumen único y continuo de datos de una región corporal completa y

reconstruir las imágenes utilizando técnicas como reconstrucción multiplanar (MPR) y 3D

(tridimensional), gracias al software específico, como también viajar por el interior de los

órganos huecos como vasos y tubo digestivo observando la luz, las lesiones intraluminales,

la pared y las relaciones con otras vísceras.

Los detectores giran rápidamente y adquieren 140 imágenes por segundo y un total de

1500 tomas por segundo. Con toda esta información se reconstruyen imágenes de alta

resolución que pueden detectar lesiones menores a 5mm.

Hoy en día tenemos la capacidad tecnológica de visualizar volúmenes de información

en lugar de cortes, lo cual ha enriquecido enormemente el campo de las imágenes

diagnósticas en una gran cantidad de aplicaciones, desde el planeamiento quirúrgico hasta el

diagnóstico no invasivo de lesiones difíciles de analizar en dos dimensiones.

Será importante de ahora en más ir cambiando la visión axial y bidimensional de las

imágenes, por una nueva concepción tridimensional y con planos en cualquier sentido del

espacio.

El objetivo del trabajo consiste en explicar las principales técnicas de reconstrucción

tridimensional de la imagen y sus aplicaciones clínicas.

3

Page 4: Reconstrucciones Tac

2.1.- Generalidades Los datos de una imagen digital son adquiridos y manipulados en una matriz de

volumen de elementos llamada voxels. Una imagen se construye analizando cada voxel y

proyectando el resultado en una superficie bidimensional subdividida en elementos de

imagen llamadas pixels.

Uno de los problemas que debemos resolver para obtener imágenes tridimensionales

es el de intentar ver una imagen en tres dimensiones (3D) sobre una superficie de dos

dimensiones (2D) (pantalla del ordenador, placa.). Para solucionar este problema el

ordenador utiliza una técnica llamada ‘trazado de rayos’ la cual, permite modelar la manera

de cómo millones de rayos de luz virtuales atravesarían un volumen de tejido.

En su forma más sencilla se asume que los tejidos con mayores coeficientes de de

atenuación (UH) son más ‘sólidos’ y por lo tanto un rayo de luz virtual que trate de atravesar

un tejido logrará pasar en mayor o menor grado según la solidez de este tejido. Este haz de

luz simulado está sujeto a las mismas leyes físicas de reflexión y refracción, calculadas para

cada haz de luz que interactúa con el volumen de datos. Esta es la base de la reconstrucción

tridimensional.

Según la técnica de reconstrucción tridimensional que utilicemos, estos rayos, que

atraviesan el conjunto de voxels, analizarán unas u otras características de los mismos que

influirán en la imagen final.

Matriz 5x5 Representación de pixel y voxel

Figura I.

4

Page 5: Reconstrucciones Tac

TraUn rayo de luz virtual se luz, y se calcula la refrahasta llegar a la pantalla

2.2.- La unidad Hounsfield (UH) La unidad elemental de la reconstr

La Tomografía sólo nos proporc

compuesto un tejido; el coeficiente de aten

El principio de Hounsfield (1) rela

intensidad de la fuente de radiación:

(1) It = I0.e- µ.X

donde lt es la intensidad recibida tras

intensidad de la radiación emitida y µ es e

coeficiente llegamos al número TC (2) qu

resultado de la reconstrucción de la i

atenuación del tejido incluido en el voxel

Hounsfield (UH).

(2) número TC = µ – µ (agua) / µ (agua) x

Figura II.

zado de rayos traza desde una fuente simulada dección y reflexión a través del tejidode visualización.

ucción 3D

iona un criterio para determinar de que está

uación, medido en unidades Hounsfield.

ciona el coeficiente de atenuación lineal con la

atravesar un objeto finito de grosor X, l0 es la

l coeficiente de atenuación lineal. A través de este

e no es más que el valor numérico del pixel como

magen. Es una medida de las propiedades de

. Los valores del mismo se expresan en unidades

constante.

5

Page 6: Reconstrucciones Tac

Las unidades Hounsfield (UH) se representa en escalas de grises usualmente con

valores desde -1000 a +1000. Para clasificar los diferentes tejidos tenemos que valernos de

este único criterio.

En líneas generales podemos clasificar los tejidos según sus coeficientes de

atenuación en 6 grandes grupos:

Figura III.

Estas son las denominadas “ventanas de reconstrucción”, que no son mas que los

rangos de visualización en unidades Hounsfield (UH). Todas las reconstrucciones

tridimensionales se basan en estas diferencias de atenuación.

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Page 7: Reconstrucciones Tac

3.1.- Técnicas de reconstrucción. A primera vista, el tema de la reconstrucción tridimensional pareciera difícil de abordar

debido a la gran cantidad de técnicas y tipos de reconstrucción que existen hoy en día. Sin

embargo la mayoría de las reconstrucciones avanzadas son combinaciones de unas pocas

técnicas básicas, comunes a todas las estaciones de reconstrucción. A continuación se

describirán las principales técnicas de reconstrucción.

3.2.- Reconstrucción multiplanar (MPR)

Técnicamente la reconstrucción multiplanar no es una reconstrucción tridimensional,

sino una deformación geométrica del volumen de datos. Por su facilidad de utilización,

rapidez de implementación y cantidad de información suministrada se encuentra entre las de

mayor uso en la práctica diaria.

Se puede crear una imagen bidimensional con un punto de vista tridimensional

arbitrario utilizando múltiples imágenes de cortes transversales. Primero, se obtienen las

imágenes de los cortes transversales y luego, apilando visualmente los cortes, se pueden

reconstruir imágenes en plano, sagital o coronal, bien en dirección perpendicular u oblicua,

con respecto al eje del paciente, utilizando algoritmos matemáticos muy veloces.

Figura IV.

Planos de corte

Permite adicionalmente seleccionar una posición anatómica en un plano y ver su

correspondencia en los demás planos, dando una excelente percepción tridimensional de la

estructura analizada.

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Page 8: Reconstrucciones Tac

Las reconstrucciones multiplanares deben ser calculadas a partir de voxels isotrópicos

(voxels con lados iguales en las tres dimensiones del espacio) ya que si se calculan a partir

de voxels anisotrópicos (voxels con lados desiguales), la imagen final presentará una forma

en diente de sierra. Esto último puede dificultar en gran medida la exclusión de una fractura

ósea [1].

a)

b)

c)

8La reconstruccvisualización sdatos en los p

.

Figura V. MPR.

ión multiplanar permite la imultánea del volumen de lanos a) axial, b) sagital y c) coronal

Page 9: Reconstrucciones Tac

MPR a partir de voxels isotrópicos MPR a partir de voxels anisotrópicos

Figura VI.

3.2.1.- Reconstrucción curva

Una variante especial de estas reconstrucciones multiplanares lo constituyen las

reconstrucciones curvas. Su función consiste en mostrar un órgano que ocupa varios planos

en un solo plano. Las imágenes pueden obtenerse manualmente trazando una línea sobre

una estructura de interés o puede producirse automáticamente con un software específico.

Las reconstrucciones curvas tienen una limitación importante en cuanto a que

dependen en gran medida de la precisión de la curva.

Las reconstrucciones curvas pueden ser muy útiles para visualizar vasos tortuosos

que no pueden ser vistos completamente en una sección planar. El resultado de la

reconstrucción curva es alisado y mostrado en una imagen de 2D (dos dimensiones) [4].

A diferencia de otros protocolos de reconstrucción que se describirán más adelante,

las reconstrucciones multiplanares y curvas pueden llevarse a cabo en la propia consola del

equipo no necesitándose de una estación de trabajo dedicada al efecto.

9

Page 10: Reconstrucciones Tac

Al definir unrealizar unen esenciapara seguircomo en abdominal.

MPR cdescend

Figura VII. MPR curva a línea central se puede

a reconstrucción curva, deformando el corte la estructura a analizar,

este caso la aorta

Figura VIII.

urva de la arteriaente anterior.

10

Page 11: Reconstrucciones Tac

En la actualidad existen tres grandes sistemas de reconstrucción de imágenes

tridimensionales (3D):

Reconstrucción de superficie sombreada (SSD)

Proyección de máxima intensidad (MIP)

Reconstrucción de volumen (VR)

La imagen tridimensional obtenida estará en función de las características que sean

analizadas por el conjunto de voxels atravesados por el “rayo” para formar la imagen en una

superficie plana.

3.3.- Reconstrucción de superficie sombreada (SSD) Las primeras técnicas desarrolladas para la visualización 3D se basaban en el

concepto de ‘umbrales’ que es en esencia la manera más sencilla de clasificar tejidos con un

solo criterio. Se define un umbral de unidades Hounsfield (UH) y se eliminan de la

visualización todos los tejidos por debajo ese umbral.

Figura IX. Umbrales

Todos los tejidos por debajo del umbral de UH seleccionado se eliminarán. Lo demás se verá como una sola estructura.

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Page 12: Reconstrucciones Tac

Las reconstrucciones de superficie sombreada (SSD), fueron la primera técnica de

reconstrucción tridimensional utilizada.

Este método muestra la superficie de un órgano o hueso que ha sido definida en

unidades Hounsfield (UH) por encima de un determinado valor de umbral. El ángulo de

visión, así como la localización de la hipotética fuente de luz virtual (a partir de los cuales el

ordenador calcula el sombreado) son cruciales para obtener reconstrucciones óptimas [1].

Figura X. SSD

La superficie es iluminada para generar efectos sombreados. [2]

Es una técnica rápida de reconstrucción pero en realidad su utilidad se limita a la

visualización de hueso, que se encuentra en el extremo superior de las curvas de

atenuación. Sin embargo, es prácticamente inútil para visualizar tejidos blandos, pues al

bajar el umbral para incluir estos tejidos se presentan muchos artificios, ya que se clasifican

hueso y tejidos blandos como el mismo tejido.

La elección del valor del umbral debe ser cuidadosa, ya que de lo contrario podemos

eliminar de la imagen información valiosa llegando incluso a simular la existencia de una

patología donde no la hay.

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Page 13: Reconstrucciones Tac

La SSD muestra poca profundidad ya que no se observan las estructuras dentro o

detrás de la superficie. Por ejemplo, no se visualizan los vasos dentro de una cápsula renal o

los trombos de un vaso [3]. Por lo tanto, es sencillo comprobar cómo al representar

únicamente los datos de la superficie del objeto, estamos ‘desperdiciando’ una gran cantidad

de datos del volumen que disponemos (aquellos que representan las estructuras internas del

objeto). De hecho, en esta técnica se utiliza menos del 10% de los datos disponibles.

La ventaja que posee es que presenta una velocidad superior a otras técnicas de

reconstrucción 3D y en el manejo de la imagen.

Figura XI. SSD

Fractura del radio distal.

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Figura XII. SSD

Si el umbral está por encima del valor detejido blando, la reconstrucción de superficie muestra muchos artificios

Page 14: Reconstrucciones Tac

3.4.- Proyección de máxima intensidad (MIP)

Esta técnica consiste en seleccionar un rango de cortes bidimensionales, identificar de

todos esos cortes superpuestos cual voxel tiene mayor valor en unidades Hounsfield (UH) y

proyectar ese voxel a una imagen bidimensional, en esencia creando un corte más grueso,

sin perder resolución espacial.

El efecto 3D se o

viendo entonces las imá

“cine”) [1].

La proyección de

atenuación a lo largo d

rápida y efectiva de estru

el rango de la MIP (m

superpuestas

La proyección de

gran parte debido al a

sumamente delgados (ha

un corte por si solo no

estructura que estamos

mantener esa resolución

Los voxels superpseleccionados se amayor valor UH. Eimagen bidimension

btiene variando en

genes reconstruid

máxima intensida

e varios cortes sim

cturas densas (vas

ás cortes selecc

máxima intensidad

dvenimiento de l

sta 0.5mm) cada c

permite darnos un

analizando. Al com

espacial.

Figura XIII. MIP

uestos en un rango de cortesnalizan buscando el voxel deste voxel es proyectado en unaal.

pequeños sectores el ángulo de proyección y

as en sucesión rápida (por ejemplo, en modo

d permite realzar las estructuras con mayor

ultáneamente, lo cual facilita una visualización

os contrastados, hueso). Entre más ‘grueso’ sea

ionados), más estructuras densas se verán

es una técnica de visualización muy popular en

os Tomógrafos Multicorte. Al generar cortes

orte tiene una resolución espacial muy alta, pero

a idea de la configuración tridimensional de la

binar muchos cortes y superponerlos, podemos

14

Page 15: Reconstrucciones Tac

La proyección de máxima intensidad es la forma más simple de adquisición de

imágenes tridimensionales. Proporciona una diferenciación excelente de la vasculatura

respecto del tejido circundante [3], pero dado que las estructuras superpuestas no se suman,

uno no puede ver a través de las mismas y por lo tanto no existe sensación de profundidad.

Es posible que no se detecten vasos pequeños que pasen oblicuamente a través de un voxel

a causa de que se hace una media de todo el volumen.

Este procedimiento se emplea principalmente para examinar los vasos sanguíneos

realzados por el contraste.

El principio inherente a ésta técnica es la causa de sus principales limitaciones: se

representará únicamente el material con mayor densidad a lo largo del “rayo”, lo que significa

que un fragmento de calcio (más denso que el contraste) oscurecerá información de la luz

vascular. Lo mismo sucede con estructuras de alta atenuación como huesos o implantes

metálicos, los cuales pueden enmascarar la anatomía buscada.

Figura XIV. En la MIP el calcio impide ver la información que existe tras él.

15

Page 16: Reconstrucciones Tac

Figura XV. MIP de ambos riñones. 3.5.- Reconstrucción de volumen (VR)

VR es superior al previamente tratado SSD

performance [2].

Esta técnica de representación tridimension

la contribución de cada voxel a lo largo de una líne

través del volumen de datos y representando la co

pantalla. Por lo tanto, todos los voxels pueden

mayor fidelidad de la misma.

Sin embargo, para manejar estos volú

procesadores muy potentes. Este es el motivo po

incorporarse al resto de técnicas 3D rutinarias.

La reconstrucción de volumen proporci

estructuras tridimensionales fácil y rápida. Recon

que permiten realizar un diagnóstico más fiable.

Esta técnica constituye una de las herram

utiliza en numerosas aplicaciones.

Figura XVI. MIP sagital de cerebro

y los procedimientos MIP con respecto a la

al toma todo el volumen de datos y suma

a, partiendo desde el ojo del observador a

mposición resultante para cada pixel de la

contribuir a la imagen final logrando una

menes de información son necesarios

r el que esta técnica ha sido la última en

ona una visualización del volumen de

struye y muestra modelos 3D translúcidos

ientas de visualización más potentes y se

16

Page 17: Reconstrucciones Tac

Figura XVII.

Reconstrucción de volumen VR [2]

3.5.1.- Tablas de opacidad

El valor del pixel se obtiene considerando los valores de los ‘rayos’ como la

representación de una variación de opacidades. Para comprender el concepto de opacidad

debemos hablar de las llamadas ‘tablas de opacidad’. Es uno de los principales conceptos de

las reconstrucciones tridimensionales en Tomografía.

En esencia, las tablas de opacidad permiten manipular la transparencia de los tejidos,

asignando un valor de opacidad según el valor de UH. El tipo de curva que se utilice nos

indica que tejidos se verán.

Todos los tejidos que se encuentren por debajo de ciertas UH tendrán una opacidad

baja, y aumentan gradualmente su opacidad hasta llegar al 100%.

La manipulación de transparencias en las tablas de opacidad nos permite visualizar

selectivamente los diferentes tejidos.

17

Page 18: Reconstrucciones Tac

Figura XVIII. Tablas de opacidad

Una tabla de opacidad define la transparencia de los tejidos a visualizar. Todas las estaciones de reconstrucción ho

de opacidad para determinar que tejidos serán vi

trabajo también permiten identificar el valor de UH

las imágenes 2D) y mostrar su posición en la tab

en ese tejido en particular.

Figura XIX.

Adicionalmente se puede modificar el tipo

deseados. Sin duda, la curva más utilizada será

(objetos más densos son más opacos). Las

estructuras de baja densidad (ej. vía aérea) y

visualizar selectivamente un tipo de estructura co

material de osteosíntesis).

y en día manejan este concepto de tablas

sibles. La mayoría de estas estaciones de

en un tejido de interés (seleccionando en

la de opacidad, asiendo fácil la asignación

En este ejemplo, los tejidos por debajo de la densidad de grasa no serán visibles (0% opacos). Líquidos y tejidos blandos serán progresivamente más opacos y el hueso y metal se verán completamente opacos.

de curva utilizado para obtener los tejidos

la ascendente, siendo esta la más intuitiva

curvas inversas son útiles para resaltar

las curvas trapezoidales nos permiten

n valores UH muy marcados (ej. metal en

18

Page 19: Reconstrucciones Tac

Figura XX. Tipo de curvas

• Curva ascendente

• Curva inversa

• Curva trapezoidal

Como consecuencia logramos visualizar diferentes tipos de tejidos en lugar de ver sólo

el primero como sucede con la técnica de Reconstrucción de superficies sombreadas (SSD).

3.5.2.- Mapas de color Es de suma utilidad asignarles colores a los tejidos que deseamos visualizar. Esto se

logra asignando artificialmente colores a ciertos rangos de UH para crear las imágenes 3D.

Estas técnicas se llaman tablas o mapas de color, y funcionan de manera muy similar a las

tablas de opacidad.

Se pueden asignar tantos colores como se desee, y hacer que las transiciones de los

mismos sean graduales, para obtener un efecto más natural.

Figura XXI. Tablas de color En este ejemplo, el rango de valores de UH de grasa se leasigna el color amarillo, el líquido azul y los tejidos blandos en rojo.

19

Page 20: Reconstrucciones Tac

Figura XXII.

Rectoráram

Reconstrucción volumétrica dearterias carótidas, con tablas deopacidad y color seleccionadaspara resaltar las calcificaciones dela bifurcación.

Figura XXIII.

. VR

onstrucción de volumen de la aortacica con aneurisma disecante en laa descendente

20

Page 21: Reconstrucciones Tac

En las imágenes podemos apreciar las diferencias existentes entre los diferentes

modos de reconstrucción de imagen 3D.

Se puede apreciar en la primera imagen la falta de

sensación de profundidad característica de las

reconstrucciones MIP.

En la segunda imagen se aprecia la poca sensación de

realismo que adquiere las imágenes de reconstrucción

de superficie, pero nos permitiría, sin embargo, poder

estudiar el pie como un objeto que tuviésemos en las

manos.

La tercera imagen (reconstrucción de volumen) nos

muestra toda la excelencia de una técnica que nos

permite ver las diferentes estructuras que componen el

pie de forma individual (sólo hueso) o en su conjunto

(hueso y tendones).

Figura XXIV.

21

Page 22: Reconstrucciones Tac

Tabla I. Utilización de parámetros para las representaciones volumétricas [2].

Técnica de representación Iluminación Color Interacción, movimiento

MPR No No Si

MIP No No Si

SSD Si No Si

VR Si Si Si

4.1.- .Filtros de reconstrucción La aplicación de filtros transforma un determinado aspecto de la totalidad o parte del

estudio. La finalidad es destacar una parte del estudio (objeto) y suprimir otra (ruido, fondo).

Se utilizan diferentes filtros para acentuar, realzar, mejorar o atenuar ciertos aspectos de los

datos.

Si bien existen infinidad de filtros los más conocidos son los kernel cuantificados en

valores numéricos entre el 90 y el 10 a intervalos de 10.

Funcionan de forma sencilla, cuanto mas bajo es (tiende a 10) menor es el ruido de la

imagen, la imagen se ve más lisa ya que empeoran los márgenes de definición y, cuanto mas

alto es el valor (tiende a 90 ) mejor es la resolución espacial y los márgenes de definición,

pero mayor es el ruido de la imagen . En caso de ser necesaria una reconstrucción

volumétrica 3D debemos aplicar filtros bajos 20-30s, en caso de realizarlos con filtros

elevados 70s o superiores la calidad de la imagen puede que no sea aceptable.

Figura XXV.

22 Filtro kernel de 30 s Filtro kernel de 70 s

Page 23: Reconstrucciones Tac

Los estudios óseos realizados con técnicas de reconstrucción multiplanar (MPR)

requieren de filtros elevados 60-70S.

En la representación tridimensional estos filtros disminuyen el artefacto escalera y

mejoran el aspecto de las imágenes, en especial, las angiográficas.

5.1.- Tratamiento de las imágenes 3D

Las operaciones con imágenes 3D pueden clasificarse en las siguientes categorías:

1. Preprocesado

2. Procesado

3. Postprocesado

Tanto el preprocesado como el procesado se realizan en la consola del tomógrafo,

mientras que el postprocesado se realiza por medio de una estación de trabajo.

1. Preprocesado

Las operaciones de preprocesado van dirigidas a la obtención del volumen a estudiar.

Comprende de dos pasos como son el posicionamiento del paciente y la adquisición de

datos.

-Colocación del paciente: es el primer paso en toda exploración. El fundamento de todo buen

estudio se basa en la correcta colocación del paciente de tal forma que la zona a explorar

esté totalmente inmóvil.

-Adquisición de datos: se basa en la obtención de imágenes en 2D. Para ello contamos con

equipos de Tomografía Multicorte que han mejorado notablemente tanto en ‘hardware’ como

en ‘software’ de tal forma, que hoy en día se consiguen realizar exploraciones mucho más

rápidas. Las características de la adquisición de la imagen varían según el tipo de estudio,

sin embargo, existen puntos comunes que se dan en todos ellos:

Obtención de cortes finos de alta calidad: mejora cuantitativa y cualitativa el área

de estudio favoreciendo una mayor resolución de la imagen 3D.

Alta velocidad: se evita el movimiento voluntario (deglución, apnea) o involuntario

(tránsito intestinal, movimiento cardíaco) del paciente al mismo tiempo que se

23

Page 24: Reconstrucciones Tac

consigue aunar la adquisición de datos junto con la entrada de contraste

intravenoso y obtener la mayor concentración de contraste en el punto deseado.

(por ejemplo, en un estudio vascular).

Filtro de reconstrucción: debe ser adecuado para cada tipo de estudio.

2. Procesado

Comprende dos pasos que son la visualización y la reconstrucción de los datos.

-Visualización: contiene los procesos de asimilación y comprensión de las imágenes 2D

(tanto los cortes axiales como multiplanares).

-Reconstrucción: se realiza por medio de algoritmos que transforman el volumen de datos.

Para que las imágenes reconstruidas puedan ser de utilidad, se deben tener en cuenta las

siguientes precauciones:

No cambiar el intervalo entre las imágenes, siempre se ha de reconstruir al mismo

intervalo.

El centro de reconstrucción ha de ser el mismo en todas las imágenes.

Es necesario mantener igual FOV en todas las imágenes.

2. Postprocesado

Comprende la edición y análisis de volúmenes.

-Edición de volúmenes. Segmentación.

Se compone de las operaciones dirigidas a la transformación de la imagen 3D. Ya que

en algunos casos es deseable seleccionar que estructuras anatómicas especificas se quieren

mostrar, como visualizar solo un hueso en particular, o cierto árbol vascular. Todas las

estaciones de reconstrucción cuentan con herramientas básicas de edición, de las cuales la

más común es la de recortar en 3D. Sin embargo, debido a la complejidad de ciertas

estructuras anatómicas a veces es imposible despejarla en 3D. Para esos casos son muy

útiles las herramientas de segmentación.

24

Page 25: Reconstrucciones Tac

La segmentación es una técnica mediante la cual se seleccionan voxels contiguos

para aislar una estructura anatómica cuyos voxels poseen similares características. La

técnica semiautomática más utilizada es aquella denominada ‘crecimiento de regiones’.

Consiste en seleccionar un punto representativo de una estructura anatómica (denominado

semilla) y generar una región que crece hasta los límites de esa estructura en todas sus

dimensiones.

SegmentacióEl punto verde esel software selecsimilares hasta s

El software determina que ha lleg

un cambio abrupto en los coeficientes de

durante un tiempo especificado por el us

Esta técnica es sumamente útil para la v

medio de contraste.

-Análisis de volúmenes.

Para llegar a una perfecta evalua

como dar vuelta la imagen, atravesarla, a

Dos de las técnicas más comune

basan en algoritmos de software que cal

alguna estructura tubular o semitubular.

susceptibles de este análisis, en la vía aé

vasculares.

Figura XXVI. n. Crecimiento de regiones la semilla. A partir de ese puntociona voxels con característicasus bordes, en todas direcciones.

ado a los límites de la estructura cuando encuentra

atenuación, y crece la región en otras direcciones

uario, hasta segmentar solo la estructura deseada.

isualización selectiva de estructuras vasculares con

ción de la imagen 3D se dispone de herramientas

nalizar el volumen de un vaso e incluso navegarla.

s, el análisis vascular y la colonoscopia virtual se

culan automáticamente una línea central a través de

En el cuerpo humano hay estructuras semitubulares

rea, el tracto gastrointestinal y todas las estructuras

25

Page 26: Reconstrucciones Tac

La generación de una línea central se basa en la segmentación de los tejidos discutida

previamente. Una vez segmentada una estructura tubular se puede calcular

automáticamente una línea central por medio de algoritmos de software. Esta línea central

sirve de base para la identificación de dicha estructura y la realización de endoscopias

virtuales o reconstrucciones curvas de la estructura.

Figura XXVII.

Trazado de línea central.

26

Page 27: Reconstrucciones Tac

6.1.-Aplicaciones diagnósticas

La visualización de imágenes tridimensionales (3D) y las reconstrucciones

multiplanares (MPR) brindan importante información en el diagnóstico de patologías de

dificultosa evaluación y su consecuente planificación terapéutica. Esto se debe a que las

imágenes volumétricas permiten mostrar las estructuras anatómicas desde un punto de vista

espacial.

Sistema músculo-esquelético:

Tumores. El uso de imágenes de MPR y 3D, permite interpretar la extensión de los tumores

primarios y las metástasis. Esta información se utiliza para tratamiento oncológico, ya sea

médico o quirúrgico. Se utiliza principalmente para lesiones de cara, columna, hombro y

pelvis.

Post-operatorio. La utilización de imágenes volumétricas, ofrece mejores resultados en

pacientes que utilizan implantes metálicos u otras prótesis. Por éste motivo resulta el método

de elección en pacientes ortopédicos

Trauma: Con las técnicas de Reconstrucción Multiplanar y Tridimensional (3D) se obtiene

información adicional sobre las estructuras óseas y las regiones de tejidos blandos. Se

pueden observar modificaciones en el tratamiento de pacientes con determinadas fracturas

visualizadas con imágenes convencionales de Tomografía (TC) en el plano axial, ya que los

métodos de imágenes MPR y 3D revelan injurias de mayor severidad.

- Columna: En la columna vertebral las principales aplicaciones de las técnicas de MPR y 3D

son las fracturas, las subluxaciones, los cuerpos extraños, y los fragmentos óseos.

a) b) c)

Figura XXVIII. a) - b) SSD Fractura de compresión dorsal, c) MPR sagital

27

Page 28: Reconstrucciones Tac

- Codos, muñecas y manos: Las aplicaciones principales corresponden a pacientes en los

cuales existe la sospecha clínica de fractura, sin evidencia por Radiografía convencional y

fracturas complejas que requieran mejor detalle anatómico para su posterior tratamiento.

- Pelvis: Sus principales aplicaciones: corresponden a fracturas de caderas con o sin

desplazamiento de la cabeza femoral, las lesiones de sacro y sacro-iliacas, así como las

lesiones vasculares asociadas.

- Rodillas, tobillos y pies:

elección para evaluar los

Multicorte con MPR y 3D pa

tobillos se utiliza en fractur

fracturas del calcáneo pued

de importante aporte en el p

- Hombros: Se observó qu

muestra a las pequeñas les

asocian otras lesiones como

por éste último método.

Figura XXIX. Reconstrucción 3D depelvis vista de la perspectiva lateral. Seobserva rotura cortical.

Si bien la Resonancia (RMN) es el método de diagnóstico de

meniscos y ligamentos de la rodilla, se utiliza la Tomografía

ra los traumatismos con lesiones del platillo tibial. A nivel de los

as complejas intraarticulares de la tibia distal. En los pies las

en ser fácilmente evaluadas y las imágenes tridimensionales son

laneamiento quirúrgico.

e en las fracturas escapulares la Radiografía convencional no

iones que se observan con técnicas de MPR y 3D, a veces se

fractura costal, clavicular o lesiones vasculares, más evidentes

28

Page 29: Reconstrucciones Tac

La evaluación de la porción proximal humeral también ha mejorado con imágenes

volumétricas con relación a la Radiografía convencional. Permite categorizar los grados de

rotación y los fragmentos óseos.

Infecciones: Las interpretación volumétrica permiten detectar procesos infecciosos, y los

diferentes compartimentos que éstos involucran, como los huesos, los músculos y los planos

grasos. Los resultados obtenidos determinan las diferentes conductas de tratamiento, sea

médico o quirúrgico, o la respuesta a éstos tratamientos.

La sospecha de infecciones Músculo-Esqueléticas aumenta en pacientes

inmunocomprometidos. La articulación esterno-clavicular se presenta con frecuencia

afectada. La formación de abscesos es frecuente en éstos pacientes.

Tórax

Se obtienen reconstrucción en los planos, coronal y oblicuo, elemento de gran utilidad

para la evaluación de la patología tumoral y parenquimatosa. Por otra parte, ha posibilitado

un diagnóstico de alta precisión en cuanto a la magnitud de la enfermedad tromboembólica.

Esta aplicación surgió con fuerza tras la introducción de los primeros Tomógrafos

Helicoidales y hoy, con los equipos Multicorte, alcanza niveles superiores de rendimiento.

Figura XXX. Reconstrucción coronal del tórax. Múltiples focos de condensación.

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Page 30: Reconstrucciones Tac

Tomografía maxilar con reconstrucción 3D para implantes

Figura XXXI. Angiografías

Para las angiografías por Tomografía (TC) se necesita la contemplación de los

distintos ángulos de visión (MIP = Proyección de máxima intensidad), planos de

reconstrucción

(MPR = Reconstrucción multiplanar), o una visualización tridimensional (VR =

Reconstrucción volumétrica).

Arterias intracraneales

Figura XXXII. MIP axial 91a-arteria cerebral anterior 91b-arteria cerebral media

Figura XXXIII. VR aneurisma de la arteria comunicante anterior (flecha). 88-arteria vertebral 90-arteria basilar 91b-arteria cerebral media 91c-arteria cerebral posterior 93-arterias pericallosas

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Page 31: Reconstrucciones Tac

Senos venosos

Figura XXXIV. MIP sagital. 91a-arteria cerebral anterior 100-vena de Galeno 101a-seno sagital superior 102a-seno transverso

Carótidas: se utilizan reconstrucciones MIP sagital y coronal. Las imágenes VR suelen

resultar por sí muy orientativas.

Figura XXXV. MIP sagital. 85a- arteria carótida interna izquierda 85b- arteria carótida externa Aorta: la visualización de la aorta en la ang

principalmente a la exclusión de aneurismas, este

disección así como a la determinación de su

proyecciones MIP y MPR ofrecen una cuantificació

Figura XXXVI. Angiotomografía de vasos carotídeos. Imagenen 3D (representación de volumen) quemuestra estenosis carotídea bilateral conplacas de ateroma calcificadas en labifurcación y a nivel del bulbo carotídeo.

iografía por Tomografía (TC) se dirige

nosis del istmo y posibles membranas de

extensión. Para la reconstrucción, las

n más precisa de la patología vascular.

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Page 32: Reconstrucciones Tac

Figura XXXVII. MIP 89-aorta

106-arteria mesentérica superior 113-arterias ilíacas 171-saco aneurismático 174-calcificaciones

Arterias coronarias: se reconstruyen proyecciones M

arteria coronaria izquierda, proyecciones especiales d

la coronaria derecha así como imágenes 3D.

Figura XXIX. VR del corazón

Figura XXXVIII.

VR aneurisma infrarrenal de la aorta abdominal.

IP oblicuas, paralelas al tronco de la

e la rama interventricular anterior y de

Figura XL. MIP oblicuo 77d-arteria coronaria derecha 89a-aorta ascendente

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Page 33: Reconstrucciones Tac

Vasos de la pelvis y de la extremidad inferior: las imágenes 3D ofrecen una visión

panorámica excelente desde la bifurcación aórtica hasta el tobillo.

Figura XLI.

Imágenes VR. Visión de la bifurcación aórtica hasta el tobillo.

Prótesis vasculares: la angiografía por TC con sus imágenes en 3D puede aplicarse para las

revisiones postoperatorias luego de implantar una endoprótesis o una prótesis vascular.

Figura XLII.

182- prótesis vascular 113-arteria ilíaca común

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Page 34: Reconstrucciones Tac

Estudios virtuales

Continuamente se desarrollan nuevos software para visualizar mejor y de distintas

maneras los órganos internos. Estos estudios permiten navegar por el interior de toda víscera

hueca, viendo las lesiones internas, de la pared y sus relaciones con otros órganos. Es una

navegación intraluminal. Se destacan, entre otros: la colonoscopia y broncoscopia (BV)

virtual, las que no requieren de la introducción de un fibroscopio.

Colonoscopia virtual

La colonoscopia virtual o colonografía por Tomografía computada (TC) es un método

no invasivo, basado en la técnica TC, que utiliza las técnicas de reconstrucción de imágenes

multiplanares (2D) o endoluminales (3D) para visualizar el interior colon. Estas últimas

otorgan una visión similar a la fibrocolonoscopía.

A diferencia de la colonoscopia estándar, un procedimiento invasivo que mira sólo el

interior del colon, la colonoscopía virtual avista también las áreas circundantes del torso

inferior.

Se utiliza para detectar pólipos y lesiones que podrían indicar la existencia de un

cáncer colorrectal.

Reconstrucde estenosu extensió

Figura XLIII. ción 3D de de la zona

sis que permite evaluarn (flecha).

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Page 35: Reconstrucciones Tac

Figura XLV Representación de superficie (SSD): colonoscopía virtual colonoscopía con pólipo (flecha). con pólipo (flecha).

Figura XLIV. Reconstrucción 3D a nivel de la zona deestenosis que muestra unengrosamiento polipoídeo de lospliegues y el estrechamiento del lumen.

Broncoscopía Virtual (BV)

Con el uso de la BV es posible efectuar una adecuada evaluación de lesiones

estenosantes fijas de la vía aérea. Permite además una evaluación de la vía aérea distal a la

estenosis, objetivo que no siempre se logra con la fibrobroncoscopia real.

Las imágenes de BV se obtienen usando reconstrucciones 3D de superficie o

volumétricas. Ambas entregan imágenes en dos dimensiones (2D) que reflejan relaciones

tridimensionales por superficie sombreada, perspectiva o movimiento alrededor de un eje de

rotación presentado como una secuencia de cine con múltiples imágenes, simulando una

endoscopia.

En las reconstrucciones 3D de superficie, el proceso de identificación por el

computador de regiones anatómicas específicas dentro de un volumen de datos

(segmentación de imagen) se obtiene usando algoritmos de crecimiento regional,

seleccionando un voxel dentro del lumen de la vía aérea. Se examina subsecuentemente

cada voxel vecino para ver si satisface un criterio definido por un rango de unidades

Hounsfield. El método volumétrico expone en cambio todos los voxels, asignando un color y

opacidad a cada uno; esto permite destacar determinadas estructuras anatómicas y dejar

transparentes otras. Las reconstrucciones 3D de superficie presentan algunas ventajas sobre

las reconstrucciones 3D volumétricas. Estas incluyen mayor velocidad y la posibilidad de

generar imágenes utilizando las unidades de trabajo actualmente disponibles. 35

Page 36: Reconstrucciones Tac

Esta técnica está limitada no obstante por su mayor susceptibilidad al ruido y volumen

parcial, produciéndose artefactos al tratar de visualizar vías aéreas distales.

La reconstrucción volumétrica, además de la visión endobronquial, tiene la ventaja de

visualizar tejidos peribronquiales a lo largo o a través de las paredes bronquiales.

Actualmente se dispone de elementos de navegación para BV que permiten:

exhibición simultánea de imágenes axiales, coronales y sagitales orientadas de acuerdo al

plano identificado desde la imagen endoluminal; ejes ortogonales que indican orientación

anterior, posterior o superior; imágenes reversas apuntando en forma retrógrada desde

cualquier punto de la vía aérea. También es posible el uso de marcadores de ruta que miden

la distancia entre dos puntos dentro del árbol traqueobronquial.

A) Figura XLVI. Imágenes de una Broncoscopia Virtual (BVA: Desde el tercio medio de la tráquea; seregulares. Hacia distal se visualiza la carreferencia en el plano coronal. B: A nivel de la carina se observa el origen C: Se puede estudiar la vía aérea distal colóbulo medio y al lóbulo inferior derecho.

B)

) normal. observa que el calibre es normal y los conina en posición central. La inserción cor

de ambos bronquios principales simétricosmo en este ejemplo en que se visualiza el

C)

tornos de la pared lisos y responde a la imagen de

y de calibre normal. origen de los bronquios al

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Page 37: Reconstrucciones Tac

7.1.- Conclusiones

Uno de los aspectos que más ha revolucionado la imagen en radiología ha sido la

capacidad de adquirir los estudios de manera tridimensional; la posibilidad de realizar

estudios volumétricos. Así, en Tomografía, se ha pasado de interpretar imágenes axiales o

transversales puras a estudiar volúmenes completos que pueden ser reconstruidos en

cualquier plano del espacio.

Desde la introducción de los equipos Multicorte la técnica de Reconstrucción

multiplanar (MPR), se realiza de manera rutinaria para interpretar los estudios. Esto es

posible gracias a la elevada resolución espacial y a que la tecnología Multicorte adquiere

imágenes prácticamente isotrópicas, lo que permite obtener imágenes de gran calidad

diagnóstica independientemente del plano de reconstrucción.

Las técnicas como las Proyecciones de máxima intensidad (MIP), las

Reconstrucciones de superficie sombreada (SSD) y Reconstrucciones de volumen (VR),

permiten conocer con mayor precisión la relación de los órganos o patologías estudiadas con

respecto a las estructuras anatómicas adyacentes

Las imágenes axiales fuente, continúan siendo indispensables para realizar el

diagnóstico, pero una adecuada reconstrucción tridimensional (3D) de los estudios

proporciona un valor añadido a las exploraciones. Un claro ejemplo lo constituyen los

cirujanos, quienes se benefician significativamente de la información tridimensional de la

Tomografía al planificar las intervenciones quirúrgicas.

Por lo tanto, la posibilidad de realizar Reconstrucciones multiplanares y

tridimensionales (3D) en Tomografía, facilita la comprensión espacial de la patología; ayuda

a la planificación terapéutica y permite controlar procedimientos especiales.

Entender los conceptos básicos de la reconstrucción 3D prepara al técnico en

diagnóstico por imágenes a dominar éstas y otras técnicas en el futuro.

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Page 38: Reconstrucciones Tac

8.1.- Bibliografía

[1]. Hofer, Matthias. 2005. Manual práctico de TC. Introducción a la TC. 4ª edición.

Panamericana. ISBN-13: 978-84-7903-956-1.

[2]. Kalender, Willi.A. 2000. Computed Tomography. Publicis MCD Werbeagentur Gmbh,

Munich.

ISBN: 3-89578-081-2.

[3]. Bushong, Stewart. C. 2005. Manual de radiología para técnicos. 8va edición. Elsevier.

ISBN: 978-84-8174-864-2.

[4]. Krestin, G.P. – Glazer, G. M. 1998. Advances in CT IV. Springer. ISBN: 3-540-64348-6.

www.gehealthcare.com

www.cadime.com.ar/diagimagenes/helicoidal.html

Aplicaciones músculo-esqueléticas de la Tomografía computada (MPR, 3D)

www.cirujanosdechile.cl/Revista/PDF%20cirujanos%202004_02/Rev.Cir.2.04.(17).Av.pdf

Tomografía computada Multicorte

www.alar-dxi.org/tacmulti.htm

Generación de imágenes

www.dsic.upv.es/~jorallo/escrits/ACTA3.pdf

Síntesis de imágenes en imagen médica

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