Facultad de Ciencias de la SaludEscuela de Tecnología Médica

Radiología Digital

- Radiología Digital Indirecta- Radiología Digital Directa- Sistemas de archivos

INTRODUCCIÓN

El término radiología digital se utiliza para denominar al sistema radiológico quepermite obtener imágenes directamente en formato digital sin la necesidad de utilizarpelículas radiográficas. Las imágenes pueden ser enviadas a través de una red a unservidor para su almacenamiento y uso posterior.

La radiología convencional analógica ha demostrado por más de diez décadas que esun sistema fiable y de la cual se obtienen imágenes diagnósticas de gran calidad. Apesar de ello, todo apunta a que sus días están contados ya que la radiología digital laha ido sustituyendo paulatinamente.

La digitalización mediante la sustitución de los chasis con película fotográfica por unosnuevos chasis con “película” de fósforo fotoestimulable y que posteriormente generauna imagen digital gracias al proceso de escaneado por láser, ha originado realmentela revolución digital. Este sistema relativamente económico y cuya inversión inicial noes elevada, ha permitido su real masificación. El resto de imágenes radiológicasderivadas de TAC, resonancia y ecografía, ya son digitales en su origen por lo que suincorporación al sistema ha sido inmediata. En esta unidad destacaremos lascaracterísticas más importantes de los sistemas digitales, así también, susdesventajas y dificultades.

La principal ventaja de la radiología digital es la posibilidad del almacenamiento ytransmisión de imágenes por medios electrónicos entre cualquier punto sin importar ladistancia que les separe. Los sistemas de gestión de imágenes incluyendo elalmacenamiento y su distribución se denominan PACS (Picture Archiving andCommunications System). Su importancia es indudable, ya que han permitido facilitarel acceso a las imágenes radiológicas y a los informes desde cualquier punto de uncentro hospitalario y también fuera de él.

Este hecho ha revolucionado todo el ámbito del Diagnóstico por la Imagen, revoluciónque a de tener muchas implicaciones en todo el ámbito Hospitalario y extrahospitalarioa través del RIS, sistema de información radiológico, HIS, sistema de informaciónhospitalario, y el gran desarrollo de Internet.

No todo lo que trae una renovación tecnológica tiene que ser positivo en sí, y si bienhabrá que ser valientes y decididos para afrontar el reto que plantea esta nuevatecnología, también habrá que ser prudentes y sensatos para no cometer fallos quedespués son difíciles de arreglar, sobre todo teniendo en cuenta las implicacioneseconómicas que tienen los cambios de equipamiento tecnológico para un centrohospitalario.

En estas páginas se tratará de explicar las principales características de los diferentessistemas de adquisición de imágenes que actualmente existen:

a) La radiología digital indirecta (IR: Indirect Radiography) o radiologíacomputarizada (CR: Computed Radiography)

b) La radiología digital directa (DR: Direct Radiography).

RADIOLOGÍA DIGITAL INDIRECTA O RADIOLOGÍA COMPUTARIZADA (CR)

CR es un tipo de radiología digital con más de dos décadas de antigüedad, sinembargo, sólo en los últimos años su implantación ha tenido un gran auge, sobre todopor el gran avance tecnológico y la gran cantidad de empresas participantes.

Para obtener un sistema CR basta sustituir en un equipo de RX convencional, elchasis radiológico de película fotosensible y sus respectivas pantallas por un chasisque tiene en su interior una lámina de un fósforo foto-estimulable. El equipo se ha decompletar con un lector de chasis e impresoras adecuadas conectadas al lector dechasis.

El fósforo de las pantallas de los chasis de CR, a diferencia de los fósforos de laspantallas reforzadoras, no emite instantáneamente la mayor parte de la energía que elhaz de RX le depositó al interaccionar con él, si no que la almacena durante ciertotiempo. De todos modos este fósforo debe ser estimulado para que emita esta energíaantes de que decaiga de forma espontánea. La razón de ello es que el fósforo deestas placas suele ser una mezcla de fluorohaluros de bario activados con impurezasde europio.

Cuando se realiza un disparo de RX sobre una de estas placas de fósforo, el haz deRX interacciona con el material del fósforo, liberando electrones de los átomos. Estosquedan retenidos en las impurezas. Si queremos liberarlos antes de que decaigan depor sí, al cabo de días, hay que bombardear el fósforo con un haz de fotones deenergía adecuada, de tal modo que estos sean devueltos y liberados en la estructura.

Esta liberación genera la emisión de luz visible.

(Fig. 1) Esquema de emisión y/o liberación de energía

El chasis CR una vez irradiado almacena una información que se lee en equiposespeciales que la convierten en una imagen digital. Estos equipos son denominadossistemas CR o ADC (ver figura 2). Antes de su procesado en el equipo de lectura, laplaca CR previamente irradiada contiene una información que recuerda a la imagenlatente que contiene una placa radiológica analógica irradiada y que no ha sido aúnrevelada. Una vez que el chasis está dentro del equipo de lectura este extrae la placade fósforo, la pone en un sistema de arrastre por rodillos y barre cada línea horizontalde la placa con un haz de luz láser, radiación electromagnética que se encuentra en labanda energética del rojo. La luz láser roja produce la excitación del fósforo, lo quepermite la emisión de la energía acumulada en forma de fotones de luz visible en elintervalo de energías del azul al verde. Una guía de luz de fibra óptica, recoge granparte de la luz que está emitiendo la placa de fósforo, la lleva a un tubofotomultiplicador y este convierte la luz en una señal eléctrica. Posteriormente unconversor analógico-digital transforma la señal eléctrica en un número que va deacuerdo a la intensidad de la señal.

(Fig. 2) Sistema de lectura CR

(Fig. 3) Lectura del chasis

El proceso es repetido en cada punto de la línea horizontal de la placa, dando unaserie de números que formarán la imagen digital, donde cada número dará un nivel degris que vendrá a representar a un punto de la placa correspondiente. La imagenobtenida se genera en una matriz digital, formada por píxeles que corresponden acada punto de la imagen obtenida. El tamaño del píxel depende del barrido del láser yfundamentalmente de su diámetro. Un haz láser más fino puede recoger la luz de unazona más pequeña del fósforo, dando lugar a una matriz con más puntos y mayorresolución. Existen equipos de CR con diámetros de láser de 50 um y matrices conresoluciones de 10 píxeles por mm.

Una vez que se genera la imagen, ésta se puede imprimir o si el servicio dispone dePACS puede enviarse a éste para su archivo y posterior informe. Finalmente, una vezleída la lámina de fósforo, la información residual se borra mediante el barrido de laplaca a través de la aplicación de un intenso haz de luz blanca, tras lo cual el chasisqueda disponible para ser reutilizado.

Un detalle importante que debemos resaltar es que en el haz de luz roja procedentedel láser que pueda llegar al tubo fotomultiplicador, se elimina mediante un filtro. Si nose excluye dicha banda del espectro de la luz que lee el tubo fotomultiplicador, seestaría añadiendo ruido de fondo a la señal que se recoge de la placa de fósforo.

En un sistema de radiología analógica, si ha faltado o sobrado dosis de radiación en eldisparo realizado, la imagen puede resultar sobreexpuesta o subexpuesta, alterandolos niveles de densidad normales de la imagen. Este problema es una de las causashabituales de repetición de placas. Esto en CR dado el amplio margen dinámico quede exposición, puede corregirse, sin embargo, hay que tener en cuenta que el ruido enla imagen (moteado cuántico), aumenta si el número de fotones que llega a cadapunto del panel de fósforo (lo que luego va ser un píxel) es bajo. Pocos fotones porpíxel dan una baja relación señal/ruido. La relación señal/ruido mejora si se aumentael número de fotones que se recoge en cada píxel. Ante esta situación el operador,para garantizar una alta calidad en la relación señal/ruido, suele aumentar la carga deltubo.

La relación señal/ruido ha mejorado mucho pero la dosis de radiación al pacientetambién y eso hay que impedirlo en la medida de lo posible. Hay que obtener unabuena calidad de imagen pero no en desmedro de la preocupación por el paciente. Elproblema expuesto pone de manifiesto que los equipos con CR deben de llevarincorporado un sistema de exposímetro automático. Este sistema corta el disparo deRX cuando la dosis de radiación que llega al sistema de imagen alcanza el nivel que

se considera adecuado, lo cual incluye una adecuada relación señal/ruido y una dosisal paciente moderada.

Cuando se dispone de chasis de CR en un servicio de radiología es habitual realizarlos estudios radiológicos con estos chasis a los pacientes que no se pueden desplazarhasta el servicio de radiodiagnóstico y hay que hacerles el estudio con un equipoportátil. La razón de usar siempre los chasis de CR es que se garantiza que no habráque volver a repetir la placa por exposición errónea. La mayoría de los equiposportátiles no dispone de exposímetro automático, por tanto, la dosis excesiva alpaciente dependerá netamente del operador.

Es importante mencionar que la imagen digital que se obtiene tras la lectura sufre unaserie de procesamientos digitales mediante diversos algoritmos matemáticos, quepermiten eliminar imperfecciones del proceso de lectura de la placa, eliminanartefactos o fallos en la lectura de líneas, y que también mejoran la calidad de laimagen gracias a la posibilidad de variar el contraste y disminuir el ruido de la misma.

RADIOLOGÍA DIGITAL DIRECTA

A) SISTEMA BASADOS EN SENSORES CCD ( Charge Couple Device)

Un sensor CCD es el dispositivo que capta las imágenes en las cámaras y lasvideocámaras digitales actuales. Un sensor CCD es un circuito integrado que contieneen una cara una matriz de elementos sensibles a la luz visible (Fig.4). Para un tamañode matriz sensible de 2,5 x 2,5 cm la matriz puede contener 2048 x 2048 elementos(Silicio) y las imágenes que se obtienen serán de 4 Megapíxels de resolución. Estaresolución va en aumento pues ya se ofertan cámaras fotográficas digitales consensor CCD sobre los 10 Megapíxeles.

(Fig. 4) Esquema sensor CCD

Cuando los fotones de luz visible interaccionan con un elemento de la matriz delsensor CCD, se liberan electrones y estos quedan atrapados en el mismo, ya quecada elemento actúa como un condensador eléctrico. En el sensor existen barreras depotencial eléctrico entre los diferentes elementos, que impiden la migración de lacarga entre elementos. La lectura posterior de la carga almacenada en cada elementoy su conversión a un valor digital es el proceso que permite obtener una imagen digitalcon estos sensores.

Las principales aplicaciones de los sensores CCD en radiodiagnóstico, se dio en loscampos de la fluoroscopía y cineradiografía, en donde el sensor se acopla a la salidadel intensificador de imagen mediante lentes y fibra óptica.

B) DETECTORES DE PANEL PLANO

Estos detectores son más conocidos con el nombre de flat panel detector (FPD). Eldesarrollo tecnológico ha logrado un control muy preciso de las técnicas de deposiciónde sustancias semiconductoras sobre extensas áreas de un substrato. Un campo deaplicación de estas técnicas es la denominada tecnología de matriz activa, y unejemplo de ello son las pantallas planas de un computador o de televisión de tipoTFT.

Este avance tecnológico se ha utilizado también para desarrollar nuevos sistemasdetectores de RX que permiten obtener imágenes digitales trascurridos tan sólo unos

segundos desde la realización del disparo de RX y sin tener que manipular ningúnchasis.

El detector cuando recibe un disparo de RX genera una secuencia de datosnuméricos que se trasferirá al computador que controla el equipo. La transformaciónde esta secuencia de datos y la incorporación de estos en una matriz, permitenobtener directamente una imagen en formato digital en la pantalla del computador.

En el mercado existen dos sistemas de detectores bastante distintos, por un lado, lossistemas de panel plano de detección indirecta y los sistemas de panel plano dedetección directa. Ambos sistemas convierten los fotones de RX que haninteraccionado en la zona correspondiente a cada píxel en una carga eléctrica,quedando ésta almacenada en dicho lugar. Dicha carga almacenada se convertiráposteriormente en un número que dará origen a un tono de gris final y que le seráasignado al píxel.

Sistemas de detección indirecta

El detector indirecto de panel plano posee una matriz activa de elementos que sonsensibles a los fotones de luz visible. Los fotones de RX interaccionan primeramentecon un centellador (oxisulfito de gadolíneo) que se ubica delante de la matriz activa yque produce múltiples fotones de luz visible dependiendo de la intensidad de radiaciónrecibida. Posteriormente, la luz se convierte en carga eléctrica mediante un fotodiodode silicio amorfo que existe en cada elemento de la matriz activa. Esta carga se vaacumulando en cada píxel, desde que se inicia hasta finaliza el disparo de RX

El espesor del centellador juega un papel fundamental, puesto que mayoresespesores aumentan el rendimiento o eficiencia en la producción de fotones de luz,sin embargo, se pierde resolución espacial. Esto, debido a que los fotones de luz que

se producen también se dispersan en el centelleador, llegando a un mayor número depíxeles de la matriz activa.

Los parámetros de rendimiento de detección y conversión, junto con la resoluciónespacial, son esenciales para la calidad de la imagen, por tanto hay que buscar unespesor de centellador que mantenga un equilibrio entre ambos, y se obtenga unacalidad de imagen adecuada.

Una mejora apreciable de la situación la han obtenido algunos fabricantes de este tipode sistemas cambiando el centellador de gadolíneo por yoduro de cesio.

El yoduro de Cesio, además de tener una alta eficiencia de conversión, genera menordispersión. Los flat panel indirectos con centellador de yoduro de cesio lograntamaños de píxel muy pequeños que permiten una alta resolución espacial.

Sistemas de detección directa

El flat panel de detector directo convierte los fotones de RX que interaccionan con éldirectamente en cargas eléctricas que se almacena en cada píxel. El resto esexactamente como en el detector de flat panel indirecto.

Para conseguir esta conversión directa se cambia el centellador y el fotoconversor poruna capa de selenio amorfo (aSe). Entre sus caras se ha establecido una diferenciade potencial. La interacción de los fotones de RX con el Selenio amorfo en formadirecta, produce electrones, que bajo la acción del fuerte campo eléctrico existente ensu seno emigran siendo dirigidas hacia el píxel sobre el cual físicamente se encuentrael punto de selenio amorfo en el cual se produjo la interacción.

El Selenio amorfo tiene un bajo Z (Z=34), por lo tanto, una eficiencia de conversiónbaja. Para compensar este inconveniente se puede aumentar el espesor de la capadetectora, lo que no degrada la resolución, ya que el fuerte campo eléctrico existenteen el selenio amorfo dirige los iones que produce cada interacción perpendicularmentea la matriz activa, lo que impide la dispersión de las cargas en otras direcciones.

La limitación clásica que se le atribuye a los detectores de selenio amorfo es unacierta remanencia de la imagen previamente adquirida, asociada a la persistencia decargas eléctricas residuales una vez leído el detector, por lo que dificulta la obtención

de imágenes dinámicas y exige aplicar técnicas de borrado algo más complejas queen otros materiales. Los detectores de selenio amorfo constituyen la forma másdirecta de captura de imágenes digitales en la actualidad.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DIGITAL

Ventajas sanitarias:

No contamina (Eliminación del revelado) Disminuye la dosis de rayos X en un 30% o más Disminuye las repeticiones

Ventajas económicas:

Ahorro de placas (CD´s)

Ventajas ergonómicas:

Reduce el espacio de las instalaciones

Ventajas diagnósticas:

Facilita el diagnóstico (Medición de distancias, filtros, anotaciones, etc...) Permite envío de imágenes a distancia Facilita la interconsulta

Desventajas:

La facilidad con que la imagen puede ser manipulada podría permitir actosilícitos.

ALMACENAMIENTO Y TRANSMISIÓN DE IMÁGENES (PACS)

Un PACS es un sistema de almacenamiento y distribución de imágenes radiográficas.Esta definición corresponde a la traducción literal de sus siglas Picture Archiving andComunications System. Este sistema es el de mayor consumo y se encuentrapresente en la mayoría de los centros hospitalarios del mundo que cuentan conradiología digital.

En un sentido más estricto lo podríamos considerar como un sistema dealmacenamiento de imágenes radiológicas, y que comprende a las distintas áreas deldiagnóstico tales como TAC, Resonancia, Ecografía y otros. El protocolo específicoque utilizan los sistemas PACS es el DICOM (Digital Imaging Communication onMedicine), desarrollado por el American College of Radiology y el Nacional ElectricalManufacturers Association. Dicom es un protocolo standard que permite elintercambio de imágenes médicas e información, junto con la manipulación de lasmismas a través de computadores o estaciones de observación. La captura de lasimágenes también puede ser realizada en otros formatos como, por ejemplo, elformato Jpg, sin embargo, las imágenes obtenidas no son manipulables.

El protocolo DICOM dispone de diferentes funcionalidades:

• Servicio de Almacenamiento o Archivo. (Storage).• Servicio de Consulta y Recuperación . (Query/Retrieve).• Servicio de Impresión. (Print Management ).• Servicio de gestión de Lista de Trabajo. (Basic Worklist Management).

La unidad funcional del PACS es el estudio. Las imágenes no se suelen tratar deforma independiente, sino que se agrupan en series y estas, a su vez se agrupan enestudios. Un estudio por tanto puede contener una o varias series, de exámenes cadauna de ellas con una o varias imágenes. Esta agrupación de imágenes/series/estudiosya viene estructurada desde su origen en las distintas modalidades debiendo coincidira su vez con el criterio elegido para definir estudios utilizado en el Sistemareinformación Radiológico.

Físicamente un PACS puede estar compuesto por uno o varios servidores, junto conuno o varios dispositivos de almacenamiento secundario. Todo esto gestionado por unsoftware el cual suele estar dispuesto en módulos funcionales que actúan todos elloscomo un conjunto. Estos servidores son los que proveen de información a los clientes

exclusivos del PACS, estando constituidos por un PC con su correspondienteprograma cliente y con monitores de gran resolución.

INTEGRACIÓN RIS-PACS (HIS-PACS)

Cuando hablamos de RIS nos estamos refiriendo al Sistema de InformaciónRadiológico (SIR) ya que RIS es el acrónimo de Radiology Information System. RIS esel programa que gestiona las tareas administrativas del departamento de radiología,entre ellas, las citaciones, gestión de salas, registro de actividad e informes. Algunoshospitales no disponen de RIS como tal, sino que su sistema de información formaparte de un programa de gestión del hospital, más conocido por HIS (Sistema deInformación Hospitalaria).El PACS no es un ente aislado que recibe y distribuye laimagen. La interacción con el RIS es fundamental para el mejor aprovechamiento delas capacidades del PACS. El RIS proporcionará al PACS toda la información sobrelas citaciones existentes, esto implica que cualquier estudio que queramos almacenaren el PACS ha de tener una cita previa en el RIS. A su vez el PACS notificará al RISque el estudio ha sido realizado y completado para posteriormente proporcionar alradiólogo las imágenes de la exploración realizada de forma que éste pueda elaborarel informe correspondiente en el RIS. Una vez finalizado éste, el RIS envía una copiaal PACS y notifica que el informe ha sido realizado.

UBICACIÓN DE LAS IMÁGENES

Memoria Primaria (Cache Primario):

Es la memoria donde el sistema PACS ubica los estudios que recibe o envía y a loscuales el cliente Pacs puede acceder en un tiempo muy corto del orden de uno ovarios segundos. El inconveniente es su limitación de tamaño. Un estudio sólo podrápermanecer temporalmente en esta memoria. Dependiendo de la cantidad dememoria disponible y de la cantidad de estudios que genere el centro, este periodooscilará entre unas pocas semanas o algunos meses. La ventaja es obvia, lavelocidad de acceso. Es una ubicación de acceso rápido. Esta memoria la constituyenlos discos duros de los servidores. La tendencia es instalar sistemas PACS cada vezcon mayor cantidad de memoria de este tipo, debido en parte a que el costo se hareducido mucho y la perspectiva es de que los precios sigan bajando.

Memoria Secundaria (Archivo):

A esta memoria se accede para el almacenamiento permanente de los estudiosrecibidos en la Memoria Primaria y para recuperar estudios que por su antigüedad yano se pueden encontrar en la Memoria Primaria. Es una ubicación de acceso lento (encomparación con la primaria). Está formada discos ópticos CD o DVD, instaladosnormalmente en un armario que dispone de un brazo robot para intercambiarlos. Losestudios recibidos por el PACS se almacenarán en esta memoria para asegurar suconservación. El inconveniente es el tiempo de espera para la recuperación deestudios. Normalmente esta espera es bastante mayor que en los accesos a lamemoria primaria. Podemos hablar de medio minuto a varios minutos desde lasolicitud hasta la recepción del estudio, dependiendo del soporte usado. Su granventaja es su gran capacidad, ya que se dispone de unidades de almacenamientointercambiables, de forma que podemos sustituir las unidades ya usadas por nuevas.Estos sistemas pueden almacenar los suficientes Terabytes como para asegurar unalmacenamiento permanente. Se conocen con el nombre de “Juke box”.

Memoria Remota (Cliente PACS):

Las estaciones clientes del PACS se pueden configurar con su propia memoria dealmacenamiento para que reciban copias de estudios sin tener que solicitarlos.Su principal inconveniente es que su capacidad está muy limitada al tipo de estaciónademás de que pueden generar un tráfico de red, muchas veces innecesario. Laventaja es la posibilidad de disponer de forma inmediata en cualquier estación remotade estudios que por la carga del PACS o el tráfico de red podrían tardar bastantetiempo en estar disponibles.

COMPONENTES FÍSICOS DEL PACS

Servidores: Servidores de datos e imágenes en entornos Unix/Windows/MacOs.Como componente adicional algunos incorporan ampliaciones de discos duros paraincrementar la capacidad de almacenamiento.

SAI: Sistemas de alimentación ininterrumpida. Estos, además de estabilizar lacorriente que recibe el servidor, lo apagan en caso de cortes prolongados de corriente.

Clientes: Computadores de gama media con monitores de alta resolución con entornonormalmente Windows.

Red Informática: Se trata de un componente fundamental ya que permite lainterconexión de todos los elementos del PACS, así como el enlace con el resto delHospital.

Circuito de trabajo en un Servicio de Radiodiagnóstico