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Un enfoque desde el punto de vista de la Ingeniería Por: Miguel E. Yapur, MSc. ¿Qué es una imagen médica? Imagen médica es toda representación espacial que provea una descripción de estructuras anatómicas y funciones fisiológicas, del interior del cuerpo humano. ¿Para qué sirven? Sirven para identificar, tanto las formas de las estructuras internas del cuerpo humano como las funciones que desarrollan los diferentes órganos. ¿Cómo son? Bueno hay varias maneras de obtener imágenes médicas, entre ellas están: Endoscopía Rayos X Medicina Nuclear Ultrasonido Resonancia Magnética Termografía ¿Podría explicarme en que consiste cada una de ellas? Por supuesto: La endoscopía permite obtener imágenes de estructuras internas en forma directa, empleando luz visible y sin recurrir a procedimientos quirúrgicos, utilizando una sonda que se introduce en las cavidades del cuerpo. Este procedimiento “invade” al cuerpo, pero en general no hace daño. Cavidades!!!! ¿De que ésta hecho el endoscopio? El endoscopio consta básicamente de por lo menos dos segmentos de fibra óptica, embutidos dentro de un plástico especial que, al introducirlo en una cavidad, permite visualizar la superficie interna de las partes en las cuales se introduce, principalmente esófago, estómago e intestinos. ¿Y qué enfermedades pueden ser detectadas con este procedimiento? Es un excelente examen para detectar úlceras digestivas, hernias y cáncer digestivo, así como lesiones o derrames internos. Ahhh!! interesante y ¿qué me puede decir de los rayos X? Los rayos X permiten obtener un mapa de atenuación según las diferentes densidades del medio por el que atraviesan. Para esto no se necesita recurrir a procedimientos quirúrgicos, solo se atraviesa al cuerpo con radiación ionizante ¿Qué es radiación ionizante? Se define como radiación ionizante a todo flujo de partículas o a toda onda electromagnética que pueden alterar el estado físico de los átomos del medio que atraviesa, provocando que los electrones se liberen de sus enlaces atómicos, formando a su paso iones. ¿De dónde vienen los rayos X? Los rayos X son como cualquier otro tipo de radiación electromagnética. Pueden ser producidos en paquetes de energía llamados fotones, al igual que la luz. ¿Qué son ondas electromagnéticas? La luz, las microondas, los rayos X, las señales de radio y de televisión son formas de ondas electromagnéticas. Todas presentan la misma clase de disturbio ondulatorio que se repite en una distancia llamada la longitud de onda. Las ondas o 'disturbios', se dan en un medio invisible llamado el campo de fuerza eléctrico. ¿Cómo se producen los rayos X? Los rayos X son producidos en un tubo de vidrio sellado al vacío, en el cual se tiene un ánodo, un cátodo y un filamento. El filamento, que está pegado al cátodo, se calienta a partir de una fuente de bajo voltaje lo cual hace que el cátodo desprenda electrones. Cuando entre el cátodo y el ánodo se aplica un alto voltaje, que puede variar entre 70 KV y 300 KV según el uso que se desee, estos electrones son acelerados. Entonces, lo que se produce es un haz de electrones que va, a muy alta velocidad, desde el cátodo hacia el ánodo. Al llegar los electrones al ánodo, chocan contra los átomos y se libera energía de fotón y calor. ¿Qué parámetros intervienen en el circuito? Los parámetros que gobiernan la emisión de rayos X y que el radiólogo puede modificar según la aplicación deseada son: mA: es la corriente del filamento, expresada en miliamperios, la cual es necesaria para calentar el cátodo y liberar electrones. KV: es el voltaje entre cátodo y ánodo, expresado en kilovoltios, el cual es necesario para acelerar los electrones. s: es el tiempo de exposición, expresado en fracciones de segundo. Este factor debe ser lo más pequeño posible para controlar la cantidad de radiación que es emitida. ¿Cuándo se aplican los rayos X? Existen varias técnicas de aplicación de los rayos X, según el tipo de examen: Imágenes directas Adición de un medio de contraste Sustracción de estructuras Tomografía ¿En qué se diferencian? La diferencia está en que de las imágenes directas se obtienen las radiografías de los huesos, del tórax y las mamografías. Con la adición de un medio de contraste, se obtienen las radiografías del sistema digestivo y los angiogramas. Adición de medios de contraste Sustracción de estructuras Es cuando se desea obtener una radiografía de una estructura en particular, pero junto a la cual existen otras estructuras que pueden interferir con la visualización de la que se desea. Esta técnica es muy útil para estudiar el sistema vascular. ¿Qué hay de la Tomografía? Tomografía viene del griego tomos que significa corte o sección y grafía que significa representación gráfica. Por tanto, tomografía es la obtención de imágenes de cortes o secciones de algún objeto. Aquí existen 2 técnicas tomográficas: La lineal.- Sirve para estudiar estructuras a lo largo de cualquier plano que se desee estudiar en una persona. La axial.- Es la más utilizada, permite obtener la densidad de los diferentes tejidos del organismo a partir de “tajadas” extremadamente pequeñas y transversales, a lo largo del eje de las personas. ¿Qué es Medicina Nuclear? La Medicina Nuclear es una especialidad médica que emplea técnicas seguras y con un alto índice costo/beneficio para obtener información funcional y anatómica de cualquier órgano del cuerpo humano. Medicina Nuclear Esta modalidad se basa en el análisis de las radiaciones emitidas desde dentro del cuerpo humano después de introducir un compuesto radioactivo, el cual va asociado con un fármaco apropiado para que sea absorbido por la estructura que se desee estudiar. La imagen médica que se obtiene es un mapa de emisión que muestra las propiedades fisiológicas de la estructura u órgano que se desee estudiar. ¿Qué tipo de beneficios hay con esta técnica? Frecuentemente, la Medicina Nuclear permite detectar alteraciones mucho antes de que las enfermedades sean clínicamente detectables, lo que repercute significativamente en tratamientos tempranos más efectivos y pronósticos frecuentemente más favorables. ¿Cómo funciona? La emisión radioactiva es captada fuera del cuerpo por el dispositivo llamado “gamma cámara”, cuya función es generar una imagen luego de contar los fotones emitidos y cuantificarlos según las coordenadas, en la posición correspondiente. En esta modalidad se emplean 2 técnicas Gammagrafía: Es una prueba diagnóstica que se basa en la imagen que producen las radiaciones generadas tras la inyección en el organismo de sustancias que contienen isótopos radiactivos. PET: Se llama a la tomografía por emisión de positrones, la cual consiste en la reconstrucción tomográfica de la distribución radiactiva de los isótopos en una parte del cuerpo. ¿Qué nos permite observar la Gammagrafía? La gammagrafía permite observar el grado de actividad del hueso y puede ser muy útil para detectar infecciones o tumores que se hayan formado en su seno o algún tipo de descalcificación. También permite descubrir una fractura del hueso antes de que se vea en una radiografía. ¿Hay algún tipo de riesgo? La gammagrafía expone al paciente a una actividad radiactiva. Por eso, y aunque la dosis de radiación que genera una gammagrafía no entraña riesgo, sólo debe prescribirse cuando es preciso y no se puede hacer durante el embarazo. ¿Y cómo puedo obtener imágenes por medio del ultrasonido? Antes que nada ultrasonido es una onda acústica que no puede ser percibida por el hombre por estar en una frecuencia más alta de lo que puede captar el oído humano. O sea, por encima de los 20 KHz. La imagen que provee es un mapa de reflectancias que muestra las estructuras anatómicas y las funciones de los órganos internos del cuerpo . El Ultrasonido Las imágenes por ultrasonido, también denominadas exploración por ultrasonido o ecografía, exponen partes del cuerpo a ondas mecánicas de alta frecuencia para producir imágenes del interior del organismo. Con esta modalidad se pueden obtener imágenes médicas, pero utilizando ondas mecánicas por encima del rango audible (o sea, arriba de los 20 KHz). El rango útil en imágenes médicas está entre 1 MHz y 10 MHz. Existen varios métodos de visualización de imágenes ultrasónicas. Tenemos: Modo A Modo B • Modo B Lineal • Modo B Sectorial • Modo B Convexo Técnica M Técnica Doppler Modo A Se llama así porque se refiere a la amplitud A de los ecos recibidos. Se usa un transductor de un solo cristal para emitir y recibir la señal ultrasónica. La imagen que este modo muestra es un trazado de osciloscopio con la señal barriendo la pantalla y mostrando picos de voltaje. Modo B Se lo llama así porque lo que muestra la pantalla es un mapa de puntos con diferentes brillos (B). Este modo permitió convertir la amplitud de los ecos del modo A en diferentes tonos de grises, según su amplitud. O sea, en lugar de visualizar picos de voltaje, se observan tonos de grises. Existen Varios tipos: Modo B Lineal.- Consta de un transductor lineal, el cual consiste de una fila de cristales alineados en forma recta. Todos los cristales están en contacto con la piel del paciente. Así, mientras más cristales existan, la imagen tiene mayor definición. Usualmente existen arreglos de 64 cristales. Modo B Sectorial.- En este modo, el transductor tiene un solo cristal, el cual va acoplado a un motor que lo hace barrer un sector circular. En un instante el cristal emite el tren de ondas y en otro instante recoge los ecos. Modo Convexo .- El transductor presenta una variedad del arreglo lineal con los cristales dispuestos en forma convexa y fija para producir una imagen sectorial. Técnica M Se utiliza el modo B, pero en lugar de que la imagen aparezca en tiempo real, lo que se observa es una imagen de brillos que están variando en el tiempo. Es útil para visualizar las contracciones del corazón y los movimientos de los órganos. Técnica Doppler Es útil para detectar movimiento, especialmente la circulación sanguínea, donde aplicando el efecto Doppler, se puede detectar si la sangre se acerca hacia o se aleja del transductor. Aquí tiene origen la ecografía a colores. En el primer caso, se asocia el color rojo y en el segundo el color azul. Imágenes de ultrasonido Ah, entonces las imágenes por ultrasonido son en general pruebas clínicas no dolorosas que ayudan a que los médicos diagnostiquen enfermedades y a su vez, detecten estructuras internas. Correcto!!!!! Un instrumento llamado transductor emite ondas mecánicas que rebotan o resuenan en los órganos internos. Esta información es introducida a una computadora, la cual produce una imagen en una pantalla cercana. ¿Qué es la Resonancia Magnética? La resonancia magnética es el más reciente avance tecnológico de la medicina para el diagnóstico preciso de múltiples enfermedades, aún en etapas iniciales. Esta modalidad es interesante porque permite obtener imágenes tomográficas sin utilizar radiaciones ionizantes. Sólo requiere someter a ciertos átomos, que se encuentran en el cuerpo humano, a un campo magnético intenso B. Principio de Funcionamiento El proceso de relajación brinda información de la densidad de los átomos y de la estructura del medio. ¿Cómo funciona? La resonancia magnética se obtiene al someter al paciente a un campo electromagnético con un imán de 1.5 Tesla, equivalente a 15 mil veces el campo magnético de nuestro planeta. Este poderoso imán alinea a los protones que están contenidos en los átomos de hidrógeno que conforman los tejidos humanos; cuando el estímulo se suspende, los protones regresan a su posición original, liberando energía que se transforma en señales de radio para ser captadas por una computadora que las transforma en imágenes, que describen la forma y funcionamiento de los órganos. Paciente de 14 años de edad con convulsiones y una lesión de aspecto quístico en el hemisferio cerebral izquierdo El magneto Imágenes típicas de Resonancia Magnética ¿Y cómo se obtienen las imágenes por medio de la termografía? Esta modalidad se basa en obtener imágenes del cuerpo, aprovechando las propiedades térmicas del cuerpo humano. Se mide la temperatura de la piel, utilizando la emisión de los rayos infrarrojos que emite el cuerpo, modulando la intensidad de un haz de luz que produce un mapa de energía infrarroja . Termografía de un niño con un perro º La temperatura de la piel varía usualmente entre 30 y 35ºC, lo cual se debe a los siguientes parámetros: La circulación sanguínea en los vasos de la región El metabolismo de las estructuras internas o de los órganos La humedad de la piel La diferencia de temperatura entre la piel y el ambiente Otras modalidades de imágenes médicas: Existen otras modalidades, que todavía están en desarrollo y que posiblemente en pocos años más brinden un gran aporte a la tecnología de imágenes médicas; entre ellas se encuentran las imágenes por microondas y las tomografías por impedancia eléctrica, que de acuerdo a las publicaciones aparecidas, servirán para enriquecer la información útil para diagnósticos de enfermedades y dolencias de los seres humanos. Conclusiones Debido a la incursión de la computadora en el procesamiento de las imágenes médicas, se ha llegado a la era de las imágenes digitalizadas; con esto, además del almacenamiento fácil, la manipulación eficiente y la transmisión rápida de las imágenes, se consigue la posibilidad ilimitada del tratamiento de ellas, a través de las técnicas de restauración, segmentación o intensificación. De esta forma se puede mejorar la visualización de las mismas manipulándolas a gusto de cada usuario. Conclusiones El esfuerzo para lograr mejorar las técnicas actuales y desarrollar nuevas modalidades, se basa en cinco puntos claramente diferenciados: costos reducidos, métodos diferentes, fácil utilización de los equipos, mayor exactitud en las imágenes obtenidas; y una relación de menor dosis de medios de contraste con relación a un menor tiempo de duración del examen. Así, podemos concluir que las imágenes médicas han logrado acoplar el desarrollo tecnológico a la Medicina de una forma brillante. Gracias