ArtículosNúmero 9

La imagen en el diagnóstico médico y en terapia

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Dr. Luis Núñez Martín
Jefe de Servicio de Radiofísica y Protección Radiológica
Hospital Universitario Puerta de Hierro
Majadahonda. Madrid

Resumen: En esta revisión sobre imagen médica, se ha remarcado la gran importancia de la misma en el ámbito del diagnóstico y del tratamiento, en los cuales nos podemos encontrar modalidades y tipos de imágenes muy diversas, tanto desde la perspectiva del principio físico utilizado para su obtención, como de los objetivos buscados o de la instrumentación utilizada para lograrlos.

Dada la complejidad de las imágenes, sus equipamientos y la metodología de uso, resulta de extrema importancia una formación y entrenamiento profundo sobre estos aspectos, que garanticen el buen uso y consecución de las imágenes médicas. A este fin, se tienen y se siguen desarrollando buen número de herramientas docentes formativas que ayudan de manera eficaz a conseguir este objetivo.

Esta gran importancia de la imagen médica y el enorme uso que se hace de ella, que aumentará de forma creciente en el inmediato futuro, origina la necesidad de garantizar que los procedimientos, el equipamiento y sus procedimientos de uso, han de ser sometidos a estrictos controles de calidad, para garantizar la fiabilidad y corrección de las imágenes obtenidas en los estudios de los pacientes, y evitar la ocurrencia de hallazgos falso-positivos o negativos de consecuencias obviamente trascendentales.

Palabrasclave: rayos X, resonancia magnética, tomografía computarizada, infrarrojos, radioterapia, radiocirugía

Abstract: In this review of medical imaging, the importance of this has been emphasized in the field of diagnosis and treatment, in which we can find patterns and types of very different images, both from the perspective of the physical principle used for obtaining them as the aims or instruments used to achieve them.

Given the complexity of the images, their equipment and methodology of use, it is extremely important to have a qualified and serious training on these issues, to ensure the obtaining of the medical imaging and the proper use of them. To achieve this objective, some training tools are available and are being developing for help the trainers.

This great importance of medical imaging and the enormous use of them, which will rise in increasingly way in the immediate future, creates the need to ensure that protocols, equipment and procedures for use, must be subjected to strict quality controls to ensure the accuracy and reliability of the images obtained in studies of patients, and prevent the occurrence of false-positive or negative findings obviously with transcendental consequences.

Keywords: X-ray, Magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT scan), infrared, radiotherapy, radiosurgery

Introducción

La relación de la medicina con la imagen es hoy indiscutible: no hay procedimiento diagnóstico y terapéutico que se precie de ser realizado en condiciones de eficiencia y eficacia que no se apoye en la imagen médica.

Se suele recurrir para reafirmar este aserto a la imagen clásica de la mano de la esposa de W. C. Roentgen, pero realmente la imagen, entendida como representación visual de la realidad de una entidad material, es algo consustancial a la propia vida, cuya presencia y utilidad va más allá de la proporcionada por los rayos X.

La imagen de un objeto es el resultado de la interacción de una fuente de luz con él mismo, cuyo resultado es una excitación neurológica mediada por nuestro sistema óptico, entendiendo como fuente de luz cualquier tipo de radiación,sea esta electromagnética o corpuscular.

El aspecto de una persona, de una región de su cuerpo, ya nos está proporcionando una importante información sobre el estado de esa persona. Esta es una imagen externa al individuo que se caracteriza por ser no invasiva. Solo se precisa el propio sistema óptico del observador, a veces ayudado de una tecnología específica si se quiere ver más allá de lo que una simple observación ocular y externa al cuerpo pueda proporcionar (termografía).

Obtener una información del interior del cuerpo humano, obviamente ya es otra cosa. Como el propio término indica, la invasividad(aunque en grado mínimo) es una condición de los procedimientos utilizados para lograrlas. Para ello bien se debe de contar con una prolongación de nuestros ojos para obtener una visualización directa del interior del cuerpo, que debe de ser introducida en el mismo a través de por ejemplo tubos, catéteres, fibra óptica, etc., o bien se obtiene desde el exterior para lo cual se debe de contar con procedimientos físicos y sistemas de iluminación que penetren el cuerpopara obtener dicha imagen, como pueden ser los rayos X, la resonancia magnética o los ultrasonidos.

De esta manera surgen procedimientos y tecnologías que extrayendo las propiedades físicas de las fuentes de luz,ponen a disposición de los especialistas médicos una información que les proporcione una idea de lo que está sucediendo,discriminar la anormalidad de la normalidad, sus causas o de lo que debe de hacer y cómo intervenir para remediarlas.

La realidad de la imagen médica

El universo de la imagen en el ámbito médico es enorme, puesto que comprende no solo la representación del cuerpo y sus órganos, sino la representación de las características funcionales de los mismos que se expresan como gráficos o curvas,de las imágenes espectrométricas analíticas de los laboratorios de bioquímica, los gráficos de un electrocardiograma, encefalograma, etc., todos ellos considerables en puridad como imágenes de una realidad. Ahora bien, por centrar el tema, nos referiremos a las imágenes más directamente vinculadas a las formas anatómicas.

En este sentido podemos categorizar dos tipos de imágenes: las imágenes puramente de carácter anatómico y las que, aunque con características anatómicas, conllevan una información funcional.

Otra clasificación que se puede establecer es en base a la finalidad de la imagen. Así tenemos las que son utilizadas con un objetivo diagnóstico y las que son utilizadas con fines o como apoyo a la terapia. Ambos objetivos pueden requerir características anatómicas y funcionales.

Por último otra clasificación susceptible de hacer, es la que tiene en cuenta la fuente de luz. Así tenemos lasque son obtenidas con radiaciones ionizantes como los rayos X o fotones, y las que son obtenidas con radiaciones no ionizantes como la resonancia magnética (RM) o con ultrasonidos (ecografía). Cualquiera que sea la fuente de luz, proporcionarán información de carácter anatómico y funcional, así como que servirán para propósitos diagnósticos o terapéuticos.

Sea cual fuere el tipo, la finalidad o la fuente de luz utilizada, a cualquiera de ellas se les exige unas propiedades determinadas, de forma que la información que proporcionen sea veraz y permita un uso correcto y fiable.

Así, las de intencionalidad descriptiva de la anatomía deben contar fundamentalmente con propiedades tales como fidelidad geométrica, alta resolución geométrica y alta resolución de bajo y alto contraste en lo que se refiere a las características tisulares y de densidad de los materiales. Es decir que permitan una observación precisa de la localización y forma del cuerpo y sus órganos, así como de su composición material.

A las imágenes a las que les son demandadas características funcionales, como son las obtenidas mediante procedimientos de medicina nuclear con radiofármacos, se les solicitan propiedades tales como una alta sensibilidad y resolución concaptaciones diferenciales altas (FIGURA 1). Es decir deben mostrar qué parte de un órgano o tejido muestra un comportamiento metabólico diferente de otro situado en su proximidad, con una distribución espacial que permita reconocer la ubicación anatómica donde se produce esa captación, de ahí que también se exija que cumplan determinadas condiciones demandadas a las pruebas de carácter puramente anatómicas.

Figura 1.Rastreo corporal total para la localización de metástasis óseas. La imagen tiene características funcionales ya que el radiofármaco tiene afinidad por las zonas de actividad metabólica aumentada.

Otro tipo de imágenes a las que pueden asignarse características funcionales son las obtenidas con rayos X para la observación de las características de los conductos orgánicos, como pueden ser los arteriovenosos (AVM),(FIGURA 2), o los gástricos en los cuales, mediante la inyección de productos de contraste a los rayos X, se puede observar la normalidad y continuidad de esos conductos, mediante la observación de la dinámica de las imágenes en el curso del tránsito del producto de contraste a lo largo del tiempo.

Figura 2. Arteriografía cerebral mostrando una MAV. Las imágenes han sido seleccionadas en el momento de llenado de la MAV por el material de contraste. En las imágenes inferiores se muestra el resultado de una fusión con un estudio de RM, para mostrar determinados órganos como el tronco cerebral, los ojos o los nervios ópticos.

Un uso de gran importancia de la imagen es en el ámbito terapéutico. En este sentido hay que destacar su papel en cirugíaguiada y en radioterapia.

En lo que se refiere a la cirugía guiada, mención especial debe hacerse del valor que tiene en la realización de biopsias guiadas por imagen. Los neuro-navegadores (FIGURA 3), permiten a partir de estudios 3D de tomografía computarizada porRX (TC) y/o RM, construir una realidad virtual, que permite al cirujano alcanzar quirúrgicamente, regiones sospechas de malignidad, tomar muestras para ser analizadas anatomopatológicamente, realizar estimulaciones neurológicas o resolver problemas arteriovenosos. Esta técnica cuenta con sistemas de referenciación fijados al paciente y basados en coordenadas y guiado de precisión para los vectores quirúrgicos por los que discurren las agujas con las que se realizan las punciones.

Figura 3. Sistema de Neuronavegación por imagen, basado en infrarrojos.

De similar forma se procede para otras localizaciones extra-craneales, aunque de manera menos precisa, dado que la fijación de los sistemas de referenciación es más difícil, ya que no se dispone de una estructura de anclaje tan sólida, como es la estructura ósea del cráneo.

En el caso de la radioterapia, el papel de la imagen es tan importante, que ha dado lugar a una modalidad técnica que recibe el nombre de IGRT (Image Guided Radiotherapy). De hecho la radioterapia ha sufrido una enorme transformación en los últimos años gracias a la imagen, fundamentalmente la TC. Idea de esta realidad la da el hecho mismo del acto radioterápico: administrar una dosis de radiación a un volumen tumoral, de una forma precisa de manera que se administre la dosis adecuada al tumor sin irradiar, o haciéndolo de forma mínima, los tejidos sanos circundantes. Obviamente esto solo puede ser logrado mediante imágenes (FIGURA 4) que den información precisa del lugar donde se ubica tanto el tumor como los órganos críticos circundantes sanos.

Figura 4. Tratamientos de radiocirugía (cerebral) y de radioterapia(imagen inferior derecha)guiados por imagen, donde se utilizan imágenes de TC y RM.

Es de destacar también el uso de la imagen en la docencia y entrenamiento médico (FIGURAS 5 Y 6). El aprendizaje mediante imágenes y realidad virtual creada a partir de ellas, sustituye a los procedimientos que tradicionalmente eran utilizados con el paciente directamente.

Los ejemplos de aplicaciones previos no son más que unos pocos de entre otros muchos que están en desarrollo continuo, en las muy diferentes áreas de la clínica. Una línea de trabajo actual está en la explotación cuantitativa de las imágenes convencionales, para extraer toda la información en ellas contenida y que no es posible observar de manera directa. A título de ejemplo se muestra en la FIGURA 7, un desarrollo en este campo, en el cual se busca determinar el diámetro de los bronquiolos a partir de un simple estudio de TC, aspecto de gran interés en el tratamiento de las enfermedades asmáticas.

Figura 7.Resultados obtenidos en la segmentación de una imagen de TC para la cuantificación del diámetro de los bronquios. En la imagen inferior izquierda se observa la segmentación y la reconstrucción del árbol bronquial. A la derecha se observa la estructura de un bronquiolo normal y uno asmático

Por último hay que remarcar el valor de la multimodalidad de las imágenes médicas cuando estas son utilizadas de forma conjunta, utilizando de manera simultánea la información que aporta cada modalidad. Yuxtaponer o fusionar una tomografía computarizada de rayos X, con un estudio de resonancia magnética por ejemplo (FIGURA 8), supone acumular tal grado de información anatómico-funcional, que el diagnóstico y el tratamiento de la enfermedad se puede abordar en unas condiciones óptimas de alta fiabilidad y seguridad.

Figura 8.

La fiabilidad de la imagen médica y los controles de calidad

La importancia de la fiabilidad de la imagen médica es obvia, pero no es trivial. La constancia de sus características y que estas representen una configuración del estado de los sistemas de imagen que proporcionen óptimas calidades, debe de estar controlada y está vinculada con los trabajos a realizar que la garanticen.

En la práctica clínica, en primera instancia, el control de las imágenes se hace por pura inspección visual, lo cual no permite conocer las características reales de las mismas tales como la existencia de deformaciones geométricas, ruido, falta de uniformidad, etc., originadas por un funcionamiento inadecuado de los equipos.

Esta necesidad es lo que da lugar al establecimiento de Programas de Garantía de Calidad (PGC), que están desarrollados para cada una de las modalidades de imagen mencionadas anteriormente y que suelen venir avalados por sociedades y organismos nacionales e internacionales y que a través de su traslación normativa, vienen a ser de obligado cumplimiento. La ejecución de estos PGC es lo que posibilita la cuantificación del estado de los equipos, las características reales de las imágenes que proporcionan, sus alteraciones y su margen de aceptabilidad.

La normativa de aplicación a las imágenes médicas existente, es específica para cada modalidad. Así el Real Decreto 1976/1999 (complementado y modificado por el Real Decreto 1985/2009), establece los criterios de calidad en radiodiagnóstico, el Real Decreto 1841/1997 establece los criterios de calidad en medicina nuclear y el Real Decreto 1566/1998 establece los criterios de calidad en radioterapia (mencionado por la importancia que tiene la imagen en esta práctica).

Básicamente los procedimientos recogidos en estas normas, que garantizan el correcto funcionamiento de los sistemas, se basan en la medición sistemática de los diferentes parámetros y magnitudes que dan cuenta, en buena medida, de que los equipos son fiables. Las mediciones para su realización precisan de una instrumentación muy específica, adaptada a las particularidades de los equipos de imagen y a los objetivos de las pruebas a realizar (FIGURAS 9 y 10).

Figura 9. Maniquí para la medida de 10 distintos parámetros de un TC: ruido, sensibilidad, alineamiento mecánico, espesor del corte, linearidad de las HU, uniformidad espacial, etc. Diseñado de acuerdo al Report 1 de la AAPM sobre maniquís para TC

Figura 10. Simulador de nódulos pulmonares para TC cuantitativa

El contenido de los PGC de acuerdo a esta normativa, se estructura en dos apartados. Uno, que garantiza la seguridad de los sistemas (seguridades eléctricas, mecánicas, contra la radiación, etc.) y otro que se centra en las prestaciones, controlando que proporcionen las mejores imágenes y datos (como la energía de los haces, la tasa de dosis, la estabilidad de las mismas, la constancia geométrica, etc.).

De esta forma, la detección, por ejemplo, de un ruido anormal que pueda enmascarar los detalles de la imagen, la localización de un sector del detector que arroje una señal espuria, la configuración inadecuada de las variables y parámetros de trabajo de los equipos, serán encontrados normalmente en el desarrollo de estas operaciones de control.

El nivel de ejecución de estos trabajos es muy diferente, en función de las diferentes circunstancias que concurren en los equipos de imagen.

Así, si nos referimos a los equipos de imagen que están basados en el uso de radiaciones ionizantes, el rigor de cumplimiento de los programas de calidad es bastante estricto. Esto es debido por un lado a ese carácter de daño colateral que acompaña a las radiaciones ionizantes, que ha originado una normativa radioprotectora que procede del uso de las radiaciones ionizantes en la producción de energía, en la industria o como armamento. La otra razón es que las imágenes producidas mediante radiaciones ionizantes, son las más comúnmente utilizadas y constituyen la fuente de irradiación más importante de la población a nivel mundial.

Estas razones obligan a que los equipos que proporcionan este tipo de imágenes sean sometidos a controles de funcionamiento que garanticen óptimas imágenes con el menor nivel posible de radiación tanto para los pacientes, como para los trabajadores usuarios. Este cumplimiento es controlado por la autoridad administrativa y el organismo regulador (Consejo de Seguridad Nuclear) de forma muy estricta, vigilando que los centros dispongan de los recursos humanos e instrumentales necesarios para estos fines.

En lo referente a los controles en radiodiagnóstico, en España, es seguido el Protocolo Español de Control de Calidad en Radiodiagnóstico, elaborado por la Sociedad Española de Física Médica (SEFM), la Sociedad Española de Protección Radiológica (SEPR) y la Sociedad Española de Radiología Médica (SERAM), que sigue los principios establecidos en el Real Decreto1985/2009, mencionado anteriormente .

Esta situación no es la misma en los sistemas de imagen que no utilizan radiaciones ionizantes, como son los casos de los equipos de RM o los ecógrafos. Sus controles, aunque extremadamente importantes y complejos (FIGURA6), no se realizan en las condiciones estrictas existentes para los equipos de rayos X. Los controles de calidad se circunscriben a los trabajos de mantenimiento preventivo y correctivo realizados por empresas de mantenimiento (ajenas a los centros hospitalarios), a los que se añaden los controles diarios consistentes en la realización de pruebas sencillas, cuyo contenido es muy dependiente del centro y del departamento hospitalario usuario de los mismos. Su ejecución es llevada a cabo por los propios operadores de las máquinas que atienden a los pacientes, cuya formación tecnológica está lejos de permitirles comprender bien los fundamentos de los sistemas y de la trascendencia de las mediciones.

En resumen, detrás de estos controles, se encuentra un proceso metrológico y de análisis que requiere una instrumentación adecuada, unos procedimientos de uso y medida, unas calibraciones periódicas certificadas por laboratorios homologados y unas verificaciones también sistemáticas y periódicas que garanticen el buen estado y fiabilidad de la instrumentación utilizada entre calibraciones.

Un funcionamiento anómalo de la tecnología provocará unos resultados (imágenes) desviados de lo perseguido que, con cierta probabilidad, darán lugar a interpretaciones clínicas erróneas como pueden ser hallazgos de falsos positivos o negativos, cuya trascendencia en términos de salud es obvia.

Problemas y soluciones en la explotación de la imagen médica

Los problemas que subyacen en el uso de las imágenes médicas susceptibles de ser vigilados y controlados, son fundamentalmente de calidad, con un marcado carácter geométrico: resolución de bajo y alto contraste, uniformidad, fidelidad o exactitud geométrica, sensibilidad, aspectos a los que acompañan también parámetros eléctricos como el voltaje y la corriente (FIGURA 11), como es el caso de los equipos de rayos X.

Figura 11. Diferentes maniquís de control de calidad de equipos de rayos X, RM y PET

Adicionalmente por la demanda masiva de estas imágenes, es preciso realizar controles vinculados al rendimiento de los equipos: fiabilidad, reproducibilidad, robustez, etc.

La seguridad de uso como es el lo referente a la limitación de la dosis en caso de empleo de radiaciones ionizantes y la garantía de un mínimo efecto tóxico en los contraste, supone un capítulo muy importante a tener en cuenta.

En este sentido y en lo que se refiere a la RM, aunque no comporte radiaciones ionizantes, también hay que cuidar por evitar efectos indeseables en los pacientes cuando son portadores, por ejemplo, de marcapasos o implantes metálicos, que debido a los altos campos magnéticos utilizados, pueden llegar a producir mal funcionamientos o incluso quemaduras en las zonas corporales en que se encuentren, aparte de los artefactos de imagen que provoquen.

Dejando aparte estos problemas, las aportaciones de la imagen médica son de una importancia extrema y esto hasta tal punto, que se está en el límite de una utilización injustificada, debido por un lado a la presión del paciente y el recurso del profesional a la medicina defensiva, y por otra a la falta de protocolos y guías de indicación claras sobre su necesidad o uso.

Como ya queda dicho, los problemas de carácter técnico de las imágenes médicas, deben de ser abordados por medio de la aplicación de cuidadosos PGC, pero su realización requiere unos recursos humanos e instrumentales de los que en muchos casos se carece, fundamentalmente en el campo de la RM y la ecografía, donde la presión normativa es menor.

A esto hay que añadir además la escasa cultura de calidad existente en el entorno profesional sanitario a pesar de los esfuerzos que se hacen por implantarla. Esto es algo que viene a ser resultado de la propia organización de los departamentos médicos, por cuanto la implantación de la cultura de calidad colisiona con la actividad y trabajo puramente clínico, el cual está orientado fundamentalmente a la resolución inmediata del problema asistencial. Esta situación da lugar a un problema de compatibilización de las tareas de calidad con las asistenciales, que si no se atiende mediante la provisión de recursos adecuados, puede hacer que la organización se resienta.

Este problema no es generalmente bien entendido en este entorno y es debido fundamentalmente a que los PGC son presentados como garantía de buen trabajo, que se puede hacer con el mismo personal habitual y que resuelve problemas organizativos, economizando tiempo, aunque la realidad demuestra que la calidad necesita de tiempo y de recursos.

Por último hay que resaltar que el mantenimiento de los sistemas de imagen ha de correr parejo con una adecuada formación en imagen y tecnología de los propios profesionales, de forma que constituyan así el primer nivel de detección de problemas. Adicionalmente no debe de olvidarse que una dotación adecuada de la instrumentación (ejemplo de la cual es mostrada en este trabajo, aunque existe una gran cantidad de desarrollos para controles muy específicos) que permita medir y controlar el rendimiento de los equipos, resulta indispensable y esto es algo que debe tenerse en cuenta desde el mismo momento que se plantea la adquisición de los equipos de imagen médica.

Conclusión: el futuro de la imagen médica

La imagen médica es fundamental en diagnóstico y terapia. Su uso aumentará en el futuro de forma exponencial, constituyendo uno de los ejes principales del funcionamiento sanitario. Esto es debido a que proporciona tan alto grado de conocimiento e información, sobre la naturaleza de la enfermedad y con un grado mínimo de invasividad, que la seguridad que da su uso clínico, junto con la magnitud de los problemas que resuelve, la hacen y harán cada vez más indispensable en la práctica sanitaria.

Su desarrollo está dirigido en múltiples direcciones, conducidas por la aplicabilidad y necesidades clínicas. Los equipos híbridos que conjugan diferentes modalidades de imagen (TC-RM, PET-TC, etc.), aplicados a diferentes regiones u órganos, así como el desarrollo de la espectroscopia RM y su combinación con estudios funcionales y dinámicos, están en los laboratorios de los centros de investigación y de los fabricantes en fases muy avanzadas de desarrollo e incluso ya están algunos de ellos en uso clínico.

Reforzar los trabajos sobre calidad de imagen, dado el masivo uso que se hace de ellas, ha de ser un objetivo a corto plazo, que garantice que las imágenes que llegan a las manos del clínico estén ausentes de problemas y sean utilizables en la confianza de su fiabilidad. De otra manera, dado ese uso masivo de imágenes, pueden llegar a dar tal número de problemas, como son las interpretaciones de falsos positivos y negativos, que el daño que esto puede originar en términos de salud en el paciente, aparte del coste en términos económicos que esto lleva asociado, puede ser enorme.

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