Radiografía Proyectiva - Tema 1 - Universidad Europea - 2024

Enrique Olabuenaga Garzón E-mail: [email protected] Despacho: Técnicas de Imagen Biomédica “Tema 1 Radiografía proyectiva” Septiembre 2024 Ve más allá ...

Enrique Olabuenaga Garzón E-mail: [email protected] Despacho: Técnicas de Imagen Biomédica “Tema 1 Radiografía proyectiva” Septiembre 2024 Ve más allá   Radiografía Proyectiva.  Introducción  Principios físicos.  Técnicas de obtención.  Ventajas e inconvenientes  Aplicaciones diagnosticas  Cuestionario. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 2  INTRODUCCIÓN © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 3  Definición de Radiografía La radiografía está basada en la absorción diferencial de rayos X por tejidos biológicos, es una técnica diagnóstica que permite la visualización de estructuras internas del cuerpo humano. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 4  Wilhelm Conrad Röntgen (27 March 1845 – 10 February 1923) científico alemán que el 8 de Noviembre de 1895 produjo y detectó radiación electromagnética con un rango de longitudes de onda conocido como rayos X. Obtuvo el premio Novel en 1921. En la imagen de la derecha primera imagen “médica” con rayos X de la mujer de Röntgen © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 5 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 6 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 7 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 8 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 9  Importancia en la Medicina y la Ingeniería Biomédica La radiografía es fundamental en diagnósticos de fracturas, enfermedades pulmonares, detección de tumores y más. En ingeniería biomédica, se investiga para mejorar la precisión de imagen, reducir dosis de radiación y desarrollar nuevas tecnologías. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 10  PRINCIPIOS FÍSICOS © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 11  ¿Qué son los rayos  X? Los rayos X son radiación electromagnética (luz) ionizante una energía mucho más alta que la luz visible (lo que es lo mismo que frecuencia más alta o longitud de onda más corta). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 12 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 13  Características de los rayos X  Son invisibles  Velocidad de la luz y en línea recta  No se pueden enfocar  Son divergentes  Alto poder de penetración (RADIACIÓN IONIZANTE)  Capacidad de generar una imagen en una película radiográfica © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 14  ¿Por qué rayos X?  Los rayos X tienen un enorme poder de penetración en los tejidos vivos lo que les permite atravesarlos tras haber sido absorbidos parcialmente por estos La energía de un fotón (cuanto de radiación em) es proporcional a su frecuencia. Un fotón de rayos X tiene 1000 veces más energía que uno de luz visible.  C=3x10^8  h=6.63 × 10^-34 J·s,  Diferentes niveles de absorción entre tejidos © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 15  ¿ Cómo se producen los rayos-X? Al proyectar electrones de alta energía contra la materia. Vamos a ver dos formas de producir Rayos-X:  Radiación característica  Radiación de frenado (bremstrahlung) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 16  ¿ Cómo se producen los rayos-X? 1) Radiación Bremsstrahlung: Cuando un electrón de alta energía se proyecta contra la materia este puede interaccionar con la carga de los núcleos atómicos de tal forma que el electrón sufre una desaceleración. Una carga desacelerada emite radiación electromagnética. La energía de la radiación depende de la carga del núcleo y de la trayectoria del electrón, es decir, de la distancia al núcleo. De esta forma, la Radiación Bremsstrahlung produce fotones de rayos X que cubren un espectro amplio de energías. Tenemos fotones resultantes con mucha energía, que se han producido al “chocar” los electrones con los núcleos y transferir toda su energía a los fotones. Por otra parte, también tendremos fotones con menos energía que se han producido al cambiar ligeramente los electrones su trayectoria por la acción de la carga de los núcleos © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 17 Espectro de emisión de la radiación de frenado © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 18  ¿ Cómo se producen los rayos-X? 2) Radiación Característica: Si un electrón de alta energía penetra en un átomo de un material este puede arrancar un electrón interno del núcleo. Un electrón más externo del átomo caerá en ese hueco y por tanto se emite radiación e.m. de alta energía (Rayos-X). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 19  ¿ Cómo se producen los rayos-X? Si medimos el espectro (número de fotones con una determinada cantidad de energía) de rayos X obtenido cuando electrones energéticos inciden en tungsteno obtenemos una curva del tipo siguiente La curva suave es debida a la producción de fotones mediante Bremsstrahlung, mientras que los picos son debidos a la radiación característica. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 20  Ejemplo: Espectro de emisión de un tubo de Molibdeno (mamografía) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 21  Interacción rayos X con la materia En imagen biomédica los rayos X se proyectan sobre tejidos para obtener información sobre lo que hay o pasa dentro del cuerpo. Vamos a ver ahora las tres interacciones típicas entre la materia y los rayos X Cuando un haz de Rayos X atraviesa la materia, a cada fotón le puede ocurrir uno de los siguientes casos: Transmisión: el fotón atraviesa la materia como radiación directa. Absorción: el fotón transfiere toda su energía a la materia y desaparece. Dispersión: el fotón se desvía de dirección, pudiendo perder parte de su energía, y saliendo del material como radiación dispersa (scattered) o secundaria. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 22  Interacción rayos X con la materia 1)Efecto Fotoeléctrico: Descubierto por Einstein y por lo que obtuvo el premio Novel en física en 1921. Consiste en la emisión de electrones por un material cuando incide sobre él radiación electromagnética de energía suficiente. La radiación e.m. es absorbida por el electrón que escapa del átomo. Por otra parte, se produce radiación característica debido a que un electrón del átomo “cae” en el hueco libre. Los fotones característicos generados para los átomos típicos que constituyen los tejidos, no son muy energéticos y se absorben muy rápidamente por la propia materia. Recordar que solo radiación energética tiene suficiente poder de penetración. Lo que es muy importante es que la probabilidad de interacción depende del número atómico del núcleo en cuestión como Z. Es decir, la probabilidad de que un rayo X arranque un e- y se produzca el efecto fotoeléctrico depende del número atómico del átomo. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 23  Interacción rayos X con la materia 2) Efecto Compton: En el efecto Compton el fotón X arranca un electrón exterior del núcleo atómico y el fotón X le cede una parte de su energía. El fotón X a la salida aumenta su longitud de onda por la pérdida de energía En nuestro caso, generalmente solo nos vamos a preocupar de los fotones que salen con una dirección muy similar a la incidente (estos serán los fotones que vamos a recoger con el detector). Por tanto, el fotón X sale del átomo con una energía similar a la inicial. Para el efecto Compton, la probabilidad de interacción es proporcional a la densidad de electrones del tejido. Cuantos más electrones haya más probabilidad de para interaccionar Los tejidos en el cuerpo suelen tener diferencias muy pequeñas en la densidad de electrones y por tanto esta interacción no nos proporciona información valiosa para poder diferenciar diferentes tejidos dentro del cuerpo. Este efecto Compton de hecho es un efecto no deseado porque hace que los rayos X cambien ligeramente su dirección y longitud de onda, es decir, introduce un scattering no deseado. © Copyright Universidad Europea. 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Diferentes tejidos formados por diferentes concentraciones de átomos tendrán diferentes probabilidades de interacción y diferentes capacidades de atenuación. Por tanto, la probabilidad de interacción es distinta para distintos tejidos. Supóngase que tengo dos tejidos y los radio con el mismo número de fotones X, en el primer caso solo pasa uno, en el otro pasan 3, tengo contraste por absorción © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 26  Atenuación de los rayos X La atenuación (o “visibilidad”) de la estructura depende de la interacción de los rayos x con el número atómico (Z) y el efecto fotoeléctrico. Contrastes: Ba = 56, I = 53 Sangre: Fe2+ = 26 (escasa cantidad) Hueso: Ca2+= 20 Fascia, tendones (colágeno): S =16 Grasa, agua (↓ EFE): C=6, © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 27  Interacción rayos X con la materia Los rayos X menos energéticos son absorbidos por los tejidos y no aportan información a la imagen © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 28  Atenuación de los Podemosrayos Xatenuación de los rayos en la materia como modelizar la Donde I0 es la intensidad de la radiación incidente en el tejido, que podemos interpretarla como el número de fotones que incide en el tejido con una determinada energía (es decir longitud de onda), I es la intensidad o número de fotones que salen del tejido con la misma energía y dirección que I0. L es el grosor del tejido. Por otra parte hemos considerado que el tejido es homogéneo. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 29  Interacción con la materia ( otra visión) Ley de atenuación © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 30  Atenuación de los rayos X © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 31  Atenuación de los rayos X Fijaros que los pulmones aparecen oscuros mientras que los huesos aparecen claros. ¿Por qué es eso? © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 32  Atenuación de los rayos X Fijaros que los pulmones aparecen oscuros mientras que los huesos aparecen claros. ¿Por qué es eso? En rayos X típicamente las regiones que atenúan más aparecen más claras mientras que las atenúan menos aparecen más oscuras. Es decir, estas imágenes tienen el contraste cambiado y lo que nos muestran son las regiones por las que al pasar los rayos X se han atenuado más La limitación fundamental de las radiografías es que obtenemos la atenuación a través de todo el camino seguido por los fotones que puede incluir múltiples tejidos distintos. No podemos diferenciar los distintos tejidos, todo está mezclado. No podemos obtener información de distintas secciones del cuerpo para diferenciar distintos tejidos. Para hacer esto vamos a utilizar CT. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 33  Atenuación de los rayos X © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 34  Atenuación de los rayos X Hounsfield units Son unidades para normalizar el coeficiente de atenuación obtenido respecto al coeficiente de atenuación del agua. Si la atenuación es igual a la del agua el valor sería H=0 HU. Estas unidades sirven para tener una idea rápida e intuitiva de si una atenuación es grande o pequeña. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 35  Atenuación de los rayos X Hounsfield units © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 36  TECNICAS DE OBTENCIÓN © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 37  Técnicas de obtención de los rayos X © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 38  Técnicas de obtención de los rayos X Vamos a ver los distintos elementos necesarios para producir rayos X y para formar imagen mediante ellos de forma lo menos perjudicial para la salud posible © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 39 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 40 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 41  Fuente de rayos X En el ánodo estos electrones acelerados chocan con los átomos del metal produciéndose fotones de alta energía (rayos X) mediante los procesos estudiados anteriormente (Bremsstrahlung y Radiación característica) Fijaros que en principio este haz de rayos X generado es divergente y el ángulo de divergencia depende de la venta de la pantalla protectora por donde deben pasar. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 42  Fuente de rayos X Espectro de Rayos X El conocimiento del espectro de emisión de RX es clave para comprender como afectan los cambios de: tensión (KVp), corriente (mA), el tiempo, y la filtración a las interacciones del haz con el paciente, el receptor de imagen u otro material que se interponga en el haz. Es la huella dactilar del haz. Conociéndolo, podemos saber cuál será la dosis absorbida en cualquier punto del paciente, cuál será la calidad de la imagen (contraste, resolución…) y cuál será la cantidad de radiación dispersa (radiación que reciben los trabajadores). Manipulándolo podemos modificar la dosis y la calidad de la imagen. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 43  Fuente de rayos X Queremos que la imagen de un punto en el paciente sea un punto en la imagen. Obviamente si el haz divergente esto no es posible y la imagen de un punto será una mancha. Cuando más divergente sea el haz más grande será la mancha. También pensar que si el haz es muy divergente va a cubrir una región más grande que la necesaria en el paciente y la dosis va a ser innecesariamente más alta que la requerida. Para controlar la divergencia de este haz de rayos X, se sitúa un colimador tras la fuente de rayos X que limita el ángulo de divergencia del haz. Este colimador es una barrera de plomo que limita los rayos X que pueden pasar. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 44  Anti-scattered grid (red anti- esparciminiento) Idealmente toda la radiación de rayos X que ha alcanzado el detector es primaria, es decir proviene de rayos X que se han transmitido a través del paciente sin interaccionar con los distintos tejidos y por tanto no se ha absorbido. En este caso, el contraste en la imagen se produciría únicamente por diferencias de absorción a través de distintos caminos debido al efecto fotoeléctrico. Sin embargo, en la práctica hay un gran número de rayos X que se han esparcido dentro de los tejidos debido al efecto Compton y que alcanzan el detector. Como ya mencionamos anteriormente el contraste entre tejidos debido al efecto Compton es muy bajo y además no contiene ninguna información espacial ya se distribuye de forma aleatoria en el detector. Por tanto, esto solo supone una pérdida de contraste en las imágenes. Veamos la imagen siguiente para poner un ejemplo. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 45  Anti-scattered grid (red anti- esparciminiento) Una forma de evitar esta pérdida de contraste debido al esparcimiento es usando una red anti-esparcimiento entre el paciente y el detector. Esta red consiste en un conjunto de tiras de plomo orientadas de forma paralela a la radiación primaria y que absorben la radiación secundaria (esparcimiento). © Copyright Universidad Europea. 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Estas imágenes son siempre muy difíciles de interpretar: En primer lugar los tejidos blandos producen muy poco contraste y por tanto prácticamente no podemos verlas. Por otra parte, en estas imágenes estamos mezclando información de una gran cantidad de tejidos (imagen de proyección) y por tanto aparece todo mezclado. Esta limitación la vamos a solucionar en el siguiente capitulo con CT. De esta forma los rayos X suelen ser una primera herramienta de diagnóstico. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 55 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 56 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 57 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 58 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 59 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 60 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 61 © Copyright Universidad Europea. 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Es útil para visualizar áreas específicas y reducir superposiciones de estructuras POSICIÓN DEL PACIENTE Bipedestación (de pie) Decúbito (prono o supino) En sedestación (sentado) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 65  Concepto de Proyecciones Radiográficas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 66  Aparatos Rayos X Estos equipos son muy amplios y se pueden encontrar un gran número de equipos diferentes en la práctica del radiodiagnóstico médico.. Prestaciones Seguridad Movilidad. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 67  Telemand o Operados con mandos mecánicos o eléctricos, pero a cierta distancia del paciente. Objetivo: Realizar el mayor número de exploraciones diferentes Operan en cualquier ángulo de inclinación, desde la vertical hasta cierto grado de y muchas de ellas pueden variar la distancia foco-película desde 80-150 cm. © Copyright Universidad Europea. 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Permiten una colocación cómoda y eficaz del cráneo al incorporar una escala graduada de angulación orbital © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 70  Mamografía Ninguna región anatómica requiere una técnica radiográfica tan altamente especializada como la mama. Sus tejidos (glandular, conjuntivo, epitelial, graso...) presentan muy pocas diferencias de absorción al haz de radiación; y el resto de las estructuras mamarias, como vasos sanguíneos o conductos galactóforos, son de muy pequeño tamaño. Ambas circunstancias obligan a extremar el control de calidad de todos los componentes del equipo para mamografía, especialmente del tubo de rayos X. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 71  RADIOLOGIA DENTAL Radiología Dental Intraoral Pequeñas cargas que se necesitan para obtener una radiografía dental simple. El equipo se acopla a un brazo articulado que permanece próximo al campo de trabajo del odontólogo, unido a una columna móvil o fijo a otro soporte estacionario. Así se le confiere al tubo la movilidad necesaria para obtener las distintas proyecciones de odontología © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 72  RADIOLOGIA DENTAL Radiología Panorámica Obtener la imagen de un plano elíptico. Como las estructuras de nuestro cuerpo que siguen un plano elíptico regular son muy pocas, la técnica de obtención de este tipo de tomografías convencionales se ha desarrollado únicamente para el cráneo y, más concretamente, para la obtención de imágenes en odontología que incluyan los maxilares, las arcadas dentarias y la mandíbula. © Copyright Universidad Europea. 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Cuando los rayos X atraviesan el material del centelleador, los rayos X se absorben y emiten un destello de luz. La matriz de fotodiodos detecta esta luz y la convierte en una señal eléctrica. Una vez procesada la señal eléctrica, se crea una imagen digital. Los detectores de conversión indirecta tienen la ventaja de detectar rayos X en una amplia gama de energías, lo que los hace apropiados para una variedad de aplicaciones. Además, son menos costosos que los detectores de conversión directa. Debido a la dispersión de la luz dentro del material del centelleador, los detectores de conversión indirecta tienen desventajas tales como una menor resolución espacial y un mayor ruido de imagen. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 78  Detectores de Rayos X digitales Paneles planos de detector de rayos X (Flat-Panel Detectors): 2. Detectores de conversión directa Los detectores de conversión directa convierten directamente los rayos X en señales eléctricas utilizando un material semiconductor, como telururo de cadmio (CdTe). Una vez procesadas las señales eléctricas generadas, se produce una imagen digital. En comparación con los detectores de conversión indirecta, los detectores de conversión directa proporcionan una mayor resolución espacial y una calidad de imagen superior. Como no hay necesidad de un material de centelleo para absorber y convertir los rayos X en luz visible, también tienen una eficacia de dosis más alta. Sin embargo, los detectores de conversión directa son más caros. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 79  Detectores de Rayos X digitales ¿Cuándo se usan? 1.Radiografía Convencional: En muchos entornos médicos, los detectores digitales han reemplazado en gran medida a la película radiográfica en procedimientos de rutina. Proporcionan ventajas como una mayor eficiencia en la detección de rayos X y una menor dosis de radiación para el paciente. 2.Tomografía Computarizada (TC): En la TC, los detectores digitales son esenciales. Capturan los rayos X que atraviesan el paciente y permiten la reconstrucción de imágenes tridimensionales. 3.Dosimetría y Monitorización de Dosis: Los detectores digitales son eficaces para medir y monitorear la dosis de radiación administrada durante procedimientos de radioterapia. 4.Requerimientos de Archivado y Compartición: Los detectores digitales permiten el almacenamiento, acceso y distribución © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 80 electrónica de imágenes, lo que facilita la colaboración entre profesionales de la salud y la integración en  Detectores de Rayos X tradicionales 2. Detectores de Película Radiográfica: Aunque han disminuido en uso debido a la adopción de la tecnología digital, todavía se pueden encontrar en algunos entornos médicos. Consisten en una película que contiene cristales de haluro de plata sensibles a los rayos X. Cuando los rayos X interactúan con la película, liberan electrones en los cristales, que luego se revelan químicamente para producir una imagen. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 81  Detectores de Rayos X en medicina 1.Algunas Especialidades: En ciertas especialidades o situaciones específicas, se puede preferir el uso de película radiográfica por razones técnicas o clínicas particulares. Por ejemplo, en algunos procedimientos dentales o de ortopedia. 2.Limitaciones Tecnológicas o Económicas: En entornos donde la adopción de tecnología digital es limitada por cuestiones de presupuesto o infraestructura, la película radiográfica puede ser la opción más viable. 3.Nostalgia y Preferencias del Personal: Algunos profesionales pueden tener una preferencia personal por la película radiográfica, especialmente aquellos que han trabajado con ella durante muchos años. 4.Imagenología Veterinaria: En el campo de la medicina veterinaria, se puede seguir utilizando película radiográfica debido a diferentes consideraciones en comparación con la medicina humana. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 82  Final “TEMA 1” ¡¡Gracias!! ¡Ven a clase! © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados