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Low-dose Computed Tomography for pediatric applications

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Reducir la radiación e impulsar la calidad de la exploración: una nueva era para la obtención de imágenes mediante TC

Las tomografías computerizadas (TC) se utilizan habitualmente en la Unión Europea (UE) y las imágenes que ofrecen son indispensables para el tratamiento de una amplia variedad de afecciones. Sin embargo, la radiación que reciben los pacientes puede resultar nociva, especialmente en el caso de los niños, por lo que un proyecto de investigación se ha fijado como objetivo mejorar la calidad de las imágenes a la vez que se reduce al mínimo la exposición.

Salud

En 2018 se realizaron cerca de 60 millones de TC en la UE. Esta técnica es uno de los métodos de diagnóstico por la imagen más empleados y se puede aplicar a diversas afecciones, como el ictus, la enfermedad cardiovascular, los traumatismos, la enfermedad pulmonar y el cáncer. En el caso de los niños, las TC se utilizan por ejemplo para diagnosticar enfermedades cardíacas congénitas, buscar tumores, evaluar deformidades esqueléticas, identificar cambios en el cerebro tras un traumatismo y planificar intervenciones quirúrgicas. En algunos casos, por ejemplo en pacientes con cáncer, es necesario hacer varias exploraciones para realizar un seguimiento de la progresión a lo largo del tiempo. Dado que la radiación ionizante puede causar daños, se debe mantener la dosis de radiación tan baja como sea razonablemente posible, especialmente en el caso de los niños. Sin embargo, cuando es necesario realizar esta prueba, los beneficios superan a los riesgos. El proyecto LowD-CT de la UE ha estado trabajando para reducir la necesidad de exposición. «Hemos desarrollado un algoritmo de reconstrucción de imágenes que mejora considerablemente la calidad de las imágenes para una dosis de radiación dada, aunque todavía no hemos evaluado su rendimiento en comparación con las técnicas actuales», afirma Mats Persson, investigador principal y profesor adjunto de Física en el KTH Royal Institute of Technology de Estocolmo (Suecia).

Una imagen más nítida usando menos radiación

Cuando se realiza una TC a un paciente, se mide la cantidad de radiación de los rayos X que atraviesan al paciente desde distintas direcciones. A continuación, se utiliza el proceso conocido como «reconstrucción de imágenes» para convertir los datos medidos en una imagen tridimensional, concretamente en un mapa de las propiedades de atenuación de rayos X de los tejidos en cada punto del volumen explorado. Los escáneres de TC comerciales que se han utilizado en el ámbito clínico hasta ahora se apoyan en un tipo de detector basado en la «integración de la energía», lo que significa que el detector mide la cantidad total de energía de rayos X incidente por unidad de tiempo. Por otra parte, los detectores de recuento de fotones pueden contar los fotones individuales y medir la energía de cada uno de ellos. Esta información adicional mejora la calidad de las imágenes. «Con un detector de recuento de fotones como el desarrollado por nuestro grupo de investigación, podemos reducir el “ruido” de estas imágenes a la vez que mejoramos la resolución espacial», explica Persson. El proyecto también evalúa la distribución de los rayos X transmitidos para identificar la composición material del organismo. Hay un número reducido de prototipos de escáneres de TC con recuento de fotones en todo el mundo, y uno de ellos se basa en el detector de silicio desarrollado por un proyecto de investigación más amplio y global del que forma parte el proyecto LowD-CT. Mientras que el objetivo del proyecto más grande es desarrollar la tecnología de TC con recuento de fotones, tanto el «hardware» como el «software», el proyecto LowD-CT, financiado con una subvención de las Acciones Marie Skłodowska-Curie se ha centrado en el «software». «Hemos desarrollado nuevos métodos de reconstrucción de imágenes para poder usar de la mejor manera posible la información de las imágenes mejoradas», señala Persson.

Del laboratorio al hospital: pruebas piloto y prototipos

Se está preparando un escáner de TC con el nuevo detector de silicio para su instalación en el Hospital Universitario Karolinska de Estocolmo, donde se utilizará para la evaluación clínica de esta nueva tecnología en pacientes. «Tras esto, esperamos que los escáneres de TC basados en esta tecnología estén disponibles comercialmente en un futuro próximo», añade Persson. Dado que el prototipo de TC con recuento de fotones sigue en desarrollo, no ha sido posible aplicar los nuevos métodos de reconstrucción de imágenes a los datos experimentales y compararlos con las técnicas actuales. Sin embargo, tal y como explica Persson, el equipo ha logrado demostrar, mediante simulaciones, que los nuevos métodos de reconstrucción de imágenes basados en el aprendizaje profundo superan en gran medida la calidad de imagen ofrecida por la reconstrucción de imágenes de la TC convencional. «Por consiguiente, los próximos pasos consistirán en evaluar este método con datos experimentales y compararlo con los equipos de imágenes de TC ya existentes». Persson, que ha publicado diversos artículos sobre este tema, es coautor del artículo «Photon-counting x-ray detectors for CT», que ofrece una panorámica general sobre esta tecnología. «Estoy impresionado por las grandes mejoras en cuanto a calidad de imagen que pueden obtenerse usando métodos de reconstrucción de imágenes basados en el aprendizaje profundo», comenta. De cara al futuro, se centrará en seguir desarrollando los métodos de reconstrucción de imágenes basados en el aprendizaje profundo que hasta ahora han resultado muy exitosos en el marco de las investigaciones del proyecto. «Sin embargo, también participo en el desarrollo de la próxima generación del “hardware” para detectores de recuento de fotones, la cual prevemos que ofrecerá una gran mejora de la resolución espacial en comparación con los métodos actuales».

Palabras clave

LowD-CT, obtención de imágenes, tomografía computerizada, TC, radiación, calidad de imagen, detector de silicio, detectores de recuento de fotones, reconstrucción de imágenes

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