Optimización de Imágenes en Medicina Nuclear: Técnicas y Parámetros Clave

UD5: Descripción del Proceso de Registro de la Imagen en Medicina Nuclear

Imagen y Estudio Normal

Para capturar la distribución del radiofármaco, se utilizan equipos como la gammacámara, que está equipada con colimadores. Estos colimadores solo permiten el paso de los rayos gamma en una dirección específica, evitando la captura de radiación gamma proveniente de otras direcciones y enfocándose en la zona de interés.

Durante el procesamiento de los impulsos generados por los fotomultiplicadores en la detección de la radiación gamma, se aplica un análisis de energía utilizando un analizador monocanal. Este analizador permite seleccionar y registrar solo los impulsos que se encuentran dentro de la ventana de energía.

Una ventana de energía es un intervalo específico de energía que se selecciona para llevar a cabo el análisis de los datos obtenidos en el estudio. Los valores inferiores corresponden a la interacción de Compton.

Representación Gráfica de la Radiación Gamma en el Paciente

Una vez finalizado el estudio, se realiza una conversión de la información analógica a digital para obtener una representación gráfica en la pantalla de visualización. Esta representación muestra una matriz codificada en color o en escalas de gris, donde cada componente de la imagen se representa como un píxel. Estos píxeles representan los impulsos almacenados en cada posición detectada durante el estudio.

Parámetros de Calidad de la Imagen

Una gammagrafía planar solo nos proporciona información en 2 dimensiones, pero mediante el uso de técnicas SPECT, es posible generar una imagen en 3 dimensiones.

Artefactos

Artefactos Derivados del Paciente

• Preparación errónea previa del paciente: Afectación de la distribución y captación del radiofármaco (RF) debido a restricciones dietéticas o tratamiento con medicación.
• Movimiento durante el estudio: Movimiento respiratorio, cardíaco, involuntario o por incapacidad.
• Disminución de la radiación por elementos metálicos (como prótesis) o elementos de alta densidad (contraste).

Efectos de los Artefactos Derivados del Paciente

• Borrosidad: El movimiento puede causar una apariencia borrosa en la imagen, lo que dificulta la visualización de las estructuras específicas del cuerpo. Esto es especialmente problemático en áreas donde se requiere una alta resolución, como el cerebro o en tumores pequeños.
• Distorsión espacial: El movimiento puede causar una distorsión en la posición espacial de las estructuras anatómicas y de los eventos metabólicos. Esto puede llevar a una superposición o desplazamiento de las áreas de interés, lo que dificulta su identificación y análisis.
• Artefactos geométricos: El movimiento puede generar artefactos geométricos en la imagen, como patrones lineales o en forma de zigzag. Estos artefactos pueden dificultar aún más la identificación y evaluación precisa de las estructuras o funciones específicas.

Soluciones para los Artefactos Derivados del Paciente

• Post-procesamiento de imágenes: Se utilizan técnicas de procesamiento de imágenes específicas para corregir los artefactos causados por el movimiento. Estas técnicas pueden incluir la eliminación o reducción de artefactos, la corrección de distorsiones espaciales y la mejora de la nitidez de la imagen.
• Supresión de artefactos: Se aplican algoritmos de supresión de artefactos para eliminar o reducir la presencia de artefactos causados por el movimiento. Estos algoritmos pueden basarse en técnicas de filtrado, reconstrucción iterativa u otras técnicas avanzadas.
• Uso de técnicas de corrección de movimiento: Algunos sistemas realizan correcciones en tiempo real durante la adquisición de imágenes para compensar el movimiento del paciente. Estas técnicas pueden incluir el rastreo y seguimiento del movimiento para ajustar la posición del detector o la reconstrucción de imágenes.

Presencia de Objetos Metálicos

Los elementos metálicos, como joyas, implantes dentales o prótesis, pueden causar artefactos fotopénicos en las imágenes al interferir con la detección de la radiación. Estos objetos pueden generar espacios oscuros u opacos en las imágenes, dificultando la interpretación de las estructuras o regiones de interés.

Estrategias para la Corrección de Artefactos por Objetos Metálicos

• Supresión de objetos metálicos: En algunos casos, es posible eliminar digitalmente el objeto metálico de la imagen durante el post-procesamiento. Este enfoque se logra mediante técnicas de procesamiento de imágenes avanzadas que identifican y eliminan el artefacto de forma selectiva.
• Reducción de artefactos mediante algoritmos: Los sistemas de medicina nuclear modernos a menudo utilizan algoritmos específicos que son capaces de reducir o minimizar los artefactos causados por objetos metálicos. Estas técnicas utilizan métodos de procesamiento adaptativo y filtrado para eliminar o reducir la interferencia de los objetos metálicos en la imagen final.
• Uso de colimadores adecuados: Los colimadores, que son componentes esenciales en los sistemas de medicina nuclear, también pueden jugar un papel en la optimización de la técnica y la reducción de artefactos. La elección del colimador correcto puede ayudar a minimizar la interferencia de los objetos metálicos y mejorar la calidad de la imagen resultante.

Actividad no Esperada en el Organismo

Presencia de radiofármaco en áreas del cuerpo donde no se espera que esté presente (por mala administración del RF, por contaminación durante la eliminación del RF).

• Reducción de la actividad en la imagen: Utilizando técnicas de filtrado y procesamiento de imágenes, es posible reducir la visualización de la actividad no esperada en la imagen final. Esto puede incluir la aplicación de filtros espaciales o algoritmos de reconstrucción avanzados que ayudan a mejorar la calidad de la imagen y reducir el ruido.
• Repetición del estudio: En algunos casos, si el artefacto es significativo o afecta negativamente la interpretación clínica, puede ser necesario repetir el estudio para obtener imágenes de mejor calidad y eliminar la actividad no deseada.

Artefactos Debidos a los Equipos de Adquisición de Imágenes

La causa del artefacto debido a una perturbación mecánica o de detección en medicina nuclear puede variar, pero generalmente se debe a problemas con los sistemas emisores o receptores de señal utilizados para el diagnóstico. Esto puede incluir mal funcionamiento de los detectores de radiación, fallas en los componentes electrónicos o problemas en los sistemas de posicionamiento y movimiento.

• Errores en la calibración de la gammacámara: Se requiere de la verificación del funcionamiento de los componentes electrónicos y el seguimiento de los procedimientos de calidad establecidos. Además, el personal debe recibir capacitación adecuada sobre el manejo de los equipos y estar atento a cualquier posible señal de problemas durante los procedimientos.
• Fallos mecánicos o de software durante la adquisición de imágenes: Puede ser necesario realizar reparaciones o reemplazos de componentes defectuosos. Además, se pueden aplicar técnicas de filtrado y calibración adecuadas durante el procesamiento de imágenes para reducir o eliminar el artefacto.

Artefactos Debidos a Errores del Personal Sanitario

Para prevenir esta situación, hay que seguir rigurosamente los protocolos de preparación establecidos para cada radiotrazador. Esto incluye tener en cuenta las condiciones de almacenamiento adecuadas, utilizar reactivos de calidad y seguir los pasos de la preparación con precisión. Además, el personal involucrado en el procedimiento debe recibir la capacitación adecuada para garantizar la correcta manipulación y preparación del radiofármaco.

• Errores en la preparación del radiotrazador: Pueden hacer que no se fije al tejido diana, o que se fije con gran afinidad a otros.
• Errores en la inyección pueden producir extravasación: Provocando una señal por acumulación en la vía de entrada. Artefacto en estrella.
• Errores en la configuración de los parámetros de detección del equipo.

Artefactos de Resolución

• Mala elección de la ventana de detección del isótopo: Si se elige una ventana inapropiada, es posible que se pierda información importante o que se incluyan señales no deseadas, lo que puede afectar la calidad y la interpretación de la imagen.
• Elección incorrecta del colimador: Si se selecciona un colimador inapropiado, puede haber distorsiones en la imagen, como áreas de baja sensibilidad o artefactos de dispersión, lo que afectará la calidad y la precisión del estudio.
• Exceso o defecto en el filtrado durante el procesamiento: El filtrado es una técnica utilizada durante el procesamiento de imágenes para mejorar la calidad y reducir el ruido. Sin embargo, un filtrado excesivo puede eliminar detalles importantes y reducir la resolución de la imagen, mientras que un filtrado insuficiente puede presentar artefactos no deseados y aumentar el ruido.

Parámetros de Adquisición e Influencia en la Calidad

• Actividad máxima: Pico de actividad detectado del radiotrazador.
• Tiempo de adquisición: Tiempo durante el que la gammacámara ha estado activa.
• Tipo de matriz de adquisición: Tamaño de la matriz.
• Angulación de adquisición: Una detección plana que no sea 100% perpendicular puede infravalorar la actividad de las regiones distantes al detector si no se corrige.

Los principales parámetros de adquisición de imagen que deberemos considerar son:

• Actividad máxima: Pico de actividad detectado del radiotrazador. La cantidad de dosis radiactiva del isótopo administrada al paciente debe ser cuidadosamente seleccionada para lograr una buena relación señal-ruido en la imagen. Una actividad insuficiente puede resultar en imágenes débiles y poco informativas, mientras que una actividad excesiva puede generar una saturación de la señal y dificultar la interpretación.
• Tiempo de adquisición: Tiempo durante el que la gammacámara ha estado activa. El tiempo de adquisición se refiere al tiempo durante el cual se recolectan los datos de imagen.
• Angulación de adquisición: Una detección plana que no sea 100% perpendicular puede infravalorar la actividad de las regiones distantes al detector si no se corrige.

Procesamiento de las Imágenes en Medicina Nuclear

Filtros de Imágenes

Algoritmos de procesado matemático que reducen el ruido en la imagen. Para atenuar el ruido, eliminamos señales de baja intensidad, por lo que un filtro excesivo puede degradar la calidad diagnóstica de la imagen.

Un filtro comúnmente utilizado es el filtro rampa, que enfatiza los bordes y ayuda a disminuir algún artefacto, como el de estrella.

Disminución del Ruido

El ruido en las imágenes médicas puede ser causado por distintos factores, como la cantidad limitada de radiación detectada, los defectos en los detectores, el ruido electrónico y los errores estadísticos. El objetivo al aplicar un filtro de reducción de ruido es preservar la información relevante mientras se minimiza el ruido no deseado.

1. Filtro de Suavizado (Espacial)

Reemplazar el valor de un píxel con el valor mediano de sus píxeles vecinos. Al calcular la mediana de los valores en un vecindario, se reduce el impacto de los valores de píxeles atípicos o ruidosos, lo que resulta en una imagen con menos ruido.

Un enfoque popular para el suavizado es el uso de convoluciones, que aplican un núcleo de convolución (kernel) a los píxeles vecinos para calcular un nuevo valor de píxel.

En medicina nuclear, la convolución se utiliza para mejorar la calidad de las imágenes, corregir artefactos y resaltar características de interés en la imagen. Es una técnica esencial en el filtrado y realce de imágenes médicas.

2. Filtro de Frecuencia

Este método se basa en la transformada de Fourier para analizar y alterar las propiedades de frecuencia de una imagen. Al aplicar un filtro de frecuencia, se pueden atenuar las frecuencias de ruido no deseadas, permitiendo así una imagen más limpia y mejorada.

3. Suavizado Temporal

El suavizado temporal se utiliza en medicina nuclear para reducir variaciones bruscas de cuentas entre vistas consecutivas en imágenes dinámicas.

Por ejemplo, en imágenes tomográficas 3D las diferentes vistas pueden tener fluctuaciones en la intensidad radiactiva debido a la distribución del radiofármaco en el tiempo.

El suavizado temporal busca mitigar estas variaciones utilizando técnicas de filtrado para proporcionar una transición más suave en las imágenes y obtener una mejor representación de la distribución radiactiva a lo largo del tiempo.

Interpolación

La interpolación se utiliza para aumentar la resolución o el tamaño de una imagen añadiendo nuevos píxeles basados en los valores de píxeles existentes. En medicina nuclear, la interpolación puede ser útil para ampliar imágenes a fin de tener una representación más detallada de la distribución radiactiva.

Por ejemplo, en imágenes SPECT se puede utilizar para obtener una imagen con una matriz de píxeles más grande, lo que permite una mejor visualización de las estructuras anatómicas y una mayor precisión en la cuantificación de la actividad radiactiva.

Reconstrucción en 2D y 3D

La reconstrucción en medicina nuclear se refiere al proceso de calcular el valor de cada píxel en una imagen a partir de un conjunto de datos adquiridos durante el estudio.

En la reconstrucción 2D, se utilizan técnicas como la retroproyección filtrada para obtener una serie de imágenes bidimensionales que representan la distribución de la actividad radiactiva en diferentes secciones transversales del órgano o área de interés.

Por otro lado, la reconstrucción en 3D utiliza algoritmos más avanzados para crear una representación tridimensional de alta resolución de la distribución radiactiva, lo que permite visualizar la forma y la estructura del órgano.

Sustracción de Fondo

La sustracción de fondo es una técnica utilizada en medicina nuclear para mejorar el contraste entre el fondo y la imagen, lo que permite optimizar la definición del órgano que se está analizando.

Esta técnica se basa en la obtención de dos imágenes: una con el objeto de interés presente y otra sin el objeto de interés en la imagen. Después, se sustrae la radiación detectada en la imagen sin el objeto de interés de la radiación de la imagen con el objeto de interés. Como resultado, tenemos una imagen en la que la radiación de fondo se ha eliminado en la medida de lo posible, lo que resalta la actividad específica del órgano en cuestión.

Cuantificación de Imágenes

Se delimita una Región de Interés (ROI) en el órgano o tejido de interés para medir las cuentas radiactivas registradas en esa área. Al tomar en cuenta el factor tiempo durante este cálculo, se generan curvas de actividad/tiempo.

Estas curvas proporcionan información cuantitativa en forma de índices numéricos que representan el comportamiento del órgano o tejido estudiado, lo cual es relevante para el proceso de diagnóstico.

Delimitación de ROI

En medicina nuclear, la ROI se utiliza para aislar la actividad radiactiva en un tejido o estructura específica con el fin de realizar mediciones o análisis cuantitativos.

Cada vez más se opta por realizar la delimitación de la ROI de forma automática, lo que permite homogeneizar las etapas consecutivas y lograr una reproducibilidad en la creación de la ROI. Las técnicas automatizadas se basan en algoritmos que detectan automáticamente el contorno de la ROI.