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TRABAJO FINAL INTEGRADOR RADIOLOGÍA: DE LA IMAGEN CONVENCIONAL A LA DIGITAL

ALUMNA: MARTINO, ANALÍA PAOLA TUTORA A CARGO: TEC. SILVIA VAZQUEZ UNIVERSIDAD NACIONAL DE GRAL. SAN MARTÍN ESCUELA DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA AÑO 2.006

INDICE DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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PARTE I RADIOLOGÍA CONVENCIONAL LOS RAYOS X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definición y Origen de los Rayos x. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Naturaleza de los Rayos x. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Características de las Ondas Electromagnéticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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PROPIEDADES DE LOS RAYOS X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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APLICACIONES DE LOS RAYOS X. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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EQUIPAMIENTO PARA RADIOLOGÍA CONVENCIONAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El Tubo de Rayos x. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consola de Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sección de Alta Tensión o Generador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Los Chasis Radiográficos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las Películas Radiográficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El Cuarto Oscuro y el Procesado de la Película Radiográfica. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 9 11 12 12 18 20

PARTE II RADIOLOGÍA DIGITAL RADIOLOGÍA DIGITAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Radiología Digital Indirecta ( IR o CR ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tubo de Rayos x. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chasis Especiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estación de Identificación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Digitalizador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estación de Trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Impresora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Servidor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ventajas de la Radiología Digital Indirecta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones de la Radiología Digital Indirecta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Radiología Digital Directa ( DR ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas Basados en Sensores ( CCD ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas Basados en Detectores de Panel Plano ( FPD ) . . . . . . . . . . . . . . . . Detector Indirecto de Panel Plano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Detector Directo de Panel Plano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ventajas de los Sistemas de Paneles Planos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones de los Sistemas de Paneles Planos. . . . . . . . . . . . . . . . . . Calidad de la Imagen Digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resolución Espacial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contraste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ruido de la Imagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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SISTEMAS DE INFORMACIÓN RADIOLÓGICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Almacenamiento y Transmisión de las Imágenes. PACS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unidades Funcionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protocolo DICOM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Cómo es físicamente un PACS?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Integración RIS - PACS. (HIS - PACS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Integración Total RIS – PACS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ubicación de la Imágenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Componentes del PACS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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PASOS A SEGUIR EN LA ADQUISICIÓN DE LA IMAGEN DIGITALIZADA. . . . . . . .

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REPERCUSIONES Y AVANCES DE LA RADIOLOGÍA DIGITAL EN LA ARGENTINA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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CONCLUSIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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AGRADECIMIENTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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BIBLIOGRAFÍA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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INTRODUCCIÓN Hace casi un siglo que la radiología utiliza la proyección convencional con películas para capturar la imagen de Radiografía. La película expuesta se procesa químicamente y se crea una imagen visible para el diagnóstico. Alrededor de los años 60, la película de radiografía en combinación con pantallas intensificadoras fue el método más utilizado debido a su funcionalidad y la calidad de imagen obtenida. Con las películas radiográficas se han ejecutado todo tipo de funciones: capturas, visualización, almacenamiento y comunicación de los datos con la imagen. Muchos investigadores creen que sólo se puede esperar de estos sistemas de película, pequeñas mejoras en calidad de la imagen en el futuro. Las modalidades de la imagen digital, tales como la Tomografía Computada (TC), el Ultrasonido (US) y la Medicina Nuclear (MN), ganaron gran aceptación en la década de los años 70. En los 80 apareció la Resonancia Magnética (RM) y la Angiografía por Sustracción Digital (DSA), fortaleciendo la tendencia hacia la imagen digital. Aun así, la radiología convencional con película constituía entre el 65% al 70% de todos los exámenes de diagnóstico que se realizaban. No es hasta la década de los años 90, que todo el esfuerzo por integrar la radiología en un ambiente digital lleva a los tecnólogos a pensar en medios que requieran compromisos satisfactorios para la conversión de la radiología convencional. Un primer paso fue la utilización de los sistemas de digitalización de películas mediante escáneres, el segundo con la aparición de los primeros sistemas de películas de fósforo y, finalmente, los sistemas de captura directa. Durante los 10 últimos años, las investigaciones realizadas sobre la alternativa de la imagen digital sin películas han llevado al desarrollo de sistemas de captura directa de la imagen digital. Sólo recientemente, es técnicamente posible y económicamente viable utilizar tecnologías electrónicas para reemplazar la película radiográfica en tres de sus cuatro funciones: visualización, almacenamiento y comunicación. El despliegue de monitores de alta resolución con elevada luminancia, las altas prestaciones de los ordenadores actuales representados por las estaciones de trabajo, la posibilidad de tener imágenes digitales activas en dispositivos de almacenamiento que pueden recuperar grandes cantidades de datos e imágenes y las redes modernas que son capaces de transmitir imágenes archivadas a gran velocidad, donde y cuando se requieran, ha permitido definitivamente ganar la batalla de la imagen digital. El próximo paso crítico en este floreciente mercado digital, es lograr que la imagen radiográfica convencional se integre de forma natural a todo el sistema de imagen digital de diagnóstico que ya existe. El cuidado de la salud cambiante requiere de un sistema de diagnóstico veloz con imágenes digitales de alta calidad, visualización apropiada, recuperación eficaz y comunicación con sistemas alternativos. La realidad se abre ante los ojos de todos, la radiología digital esta abarcando el mercado a pasos de gigante y cada vez los precios son menores. Con este trabajo, mi intención es poner a disposición una guía donde se incluyen desde los elementales conceptos del mundo de la radiología digital hasta las diferentes metodologías de trabajo utilizadas por aquellos que han desarrollado y llevado adelante los procesos de digitalización de un Servicio de Radiología. 1

PRIMERA PARTE

RADIOLOGÍA CONVENCIONAL

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LOS RAYOS X Definición y origen de los rayos-X Se trata de una radiación electromagnética penetrante, con una longitud de onda menor que la luz visible, producida bombardeando un blanco con electrones de alta velocidad. Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platino cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determinó que la fluorescencia se debía a una radiación invisible más penetrante que la radiación ultravioleta. Roentgen llamó a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los Rayos X fueron también denominados rayos Roentgen en su honor. Naturaleza de los rayos-X Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va desde unos 10 nm hasta 0,001 nm (1 nm o nanómetro equivale a 10-9 m). Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía y poder de penetración. Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros. (Fig. 2) Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes se conocen como rayos X ‘blancos’, para diferenciarlos de los rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda. Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones internos. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados. El espectro de difracción de la luz se observa en la figura 1.

Fig. 1 – Espectro de difracción de la luz

Los rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se pierde en forma de calor, el resto produce rayos X al provocar cambios en los átomos del blanco como resultado del impacto. Los rayos X emitidos no pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que los producen. La radiación emitida no es monocromática, sino que se compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite 3

inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados para el bombardeo. En el caso de la radiación de frenado o bremsstrahlung, los rayos X se producen por el frenado o deflexión de electrones libres que atraviesan un campo eléctrico intenso. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados. Este espectro continuo se denomina a veces con el término alemán bremsstrahlung, que significa ‘radiación de frenado’, y es independiente de la naturaleza del blanco. Si se analizan los rayos X emitidos con un espectrómetro de rayos X, se encuentran ciertas líneas definidas superpuestas sobre el espectro continuo; estas líneas, conocidas como rayos X característicos, corresponden a longitudes de onda que dependen exclusivamente de la estructura de los átomos del blanco. En otras palabras, un electrón de alta velocidad que choca contra el blanco puede hacer dos cosas: inducir la emisión de rayos X de cualquier energía menor o igual a su energía cinética o provocar la emisión de rayos X de energías determinadas, que dependen de la naturaleza de los átomos del blanco.[1]

Fig. 2: Comparación en la penetración de los rayos de baja y alta energía

Características de las ondas electromagnéticas Como cualquier otro fenómeno ondulatorio, las ondas electromagnéticas pueden sufrir procesos de reflexión, refracción, difracción y fenómenos de interferencia. Frecuencia: es el número de oscilaciones por segundo, y se mide en Hertzios. Longitud de onda: es la distancia entre dos puntos en los que el campo magnético y eléctrico alcanzan su valor máximo (cresta). Se mide en metros y si la longitud de onda es muy pequeña, se mide en Amstrongs. (Aº = 10 -10 m.) Periodo:T , es el tiempo en que se realiza una oscilación completa, se mide en segundos. Velocidad:Ì , es la velocidad a la que se transmiten las ondas electromagnéticas en el vacío. Es la velocidad de la luz: Ì = 3 · 10 8 m/seg. Amplitud: es la altura de una onda. Energía:Î , en las ondas electromagnéticas, la energía se transporta concentrada en pequeños paquetes energéticos llamados cuantos o fotones. Î fotón = h · ¦ = h · ( Ì ¸ l ) . Siendo h la constante de Plank = 6,62 · 10-34 jul · seg. La energía de un fotón es directamente proporcional a la frecuencia, e inversamente proporcional a la longitud de onda.

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Fig.3: Unidades y fórmulas utilizadas en la física de los Rx

Espectro de las ondas electromagnéticas: las radiaciones electromagnéticas se pueden clasificar atendiendo a su energía, a su frecuencia o a su longitud de onda. La energía y la frecuencia son inversamente proporcionales a la longitud de onda. Las frecuencias conocidas varían de 10 a 1024 Hz. Las longitudes de onda de 107 a 10-16 m. Este conjunto de radiaciones constituye el espectro electromagnético. (Fig. 4) Las distintas fracciones de este incluye: · Rayos Gamma · Rayos X · Radiaciones ultravioleta · Luz visible · Rayos infrarrojos · Microondas · Ondas de radiofrecuencia

Fig.4: Espectro Electromagnético.

PROPIEDADES DE LOS RAYOS X Los rayos X afectan a una emulsión fotográfica del mismo modo que lo hace la luz. La absorción de rayos X por una sustancia depende de su densidad y masa atómica. Cuanto menor sea la masa atómica del material, más transparente será a los rayos X de una longitud de onda determinada. Cuando se irradia el cuerpo humano con rayos X, los huesos compuestos de elementos con mayor masa atómica que los tejidos circundantes absorben la radiación con más eficacia, por lo que producen sombras más oscuras sobre una placa fotográfica.[2] Fluorescencia Los rayos X también producen fluorescencia en determinados materiales, como el platino cianuro de bario o el sulfuro de cinc. Si se sustituye la película fotográfica por uno de estos materiales fluorescentes, puede observarse directamente la estructura interna de objetos opacos. Esta técnica se conoce como fluoroscopia. 5

Ionización Otra característica importante de los rayos X es su poder de ionización, que depende de su longitud de onda. La capacidad de ionización de los rayos X monocromáticos es directamente proporcional a su energía. Esta propiedad proporciona un método para medir la energía de los rayos X. Cuando se hacen pasar rayos X por una cámara de ionización se produce una corriente eléctrica proporcional a la energía del haz incidente. Además de la cámara de ionización, otros aparatos más sensibles como el contador Geiger o el contador de centelleo también miden la energía de los rayos X a partir de la ionización que provocan. Por otra parte, la capacidad ionizante de los rayos X hace que su trayectoria pueda visualizarse en una cámara de niebla o de burbujas. Difracción de rayos X Los rayos X pueden difractarse al atravesar un cristal, o ser dispersados por él, ya que el cristal está formado por redes de átomos regulares que actúan como redes de difracción muy finas. Los diagramas de interferencia resultantes pueden fotografiarse y analizarse para determinar la longitud de onda de los rayos X incidentes o la distancia entre los átomos del cristal, según cuál de ambos datos se desconozca. Los rayos X también pueden difractarse mediante redes de difracción rayadas si su espaciado es aproximadamente igual a la longitud de onda de los rayos X. Interacción con la materia En la interacción entre la materia y los rayos X existen tres mecanismos por los que éstos son absorbidos; los tres demuestran la naturaleza cuántica de los rayos X. Efecto fotoeléctrico: Cuando un cuanto de radiación o fotón correspondiente a la zona de rayos X del espectro electromagnético choca contra un átomo, puede golpear un electrón de una capa interna y expulsarlo del átomo. Si el fotón tiene más energía que la necesaria para expulsar el electrón, le transferirá esta energía adicional en forma de energía cinética. Este fenómeno, denominado efecto fotoeléctrico, tiene lugar principalmente en la absorción de rayos X de baja energía. Efecto Compton: El efecto Compton, descubierto en 1923 por el físico y educador estadounidense Arthur Holly Compton, es una manifestación importante de la absorción de rayos X de menor longitud de onda. Cuando un fotón de alta energía choca con un electrón, ambas partículas pueden ser desviadas formando un ángulo con la trayectoria de la radiación incidente de rayos X. El fotón incidente cede parte de su energía al electrón y sale del material con una longitud de onda más larga. Estas desviaciones acompañadas por un cambio en la longitud de onda se conocen como dispersión Compton. Producción de pares: En el tercer tipo de absorción, que se observa especialmente cuando se irradian elementos de masa atómica elevada con rayos X de muy alta energía, se produce el fenómeno de producción de pares. Cuando un fotón de alta energía penetra en la capa electrónica cercana al núcleo, puede crear un par de electrones, uno con carga negativa y otro con carga positiva; los electrones con carga positiva se conocen también como positrones. La producción de pares es un ejemplo de la conversión de energía en masa. El fotón necesita una energía de al menos 1,2 MeV para proporcionar la masa del par. Si el fotón incidente posee más energía de la necesaria para la producción del par, el exceso de energía se cede al par de electrones en forma de energía cinética. Las trayectorias de las dos partículas son divergentes. Poder de penetración: Los rayos X tienen la capacidad de penetrar en la materia. Efecto luminiscente: los rayos X tienen la capacidad de que al incidir sobre ciertas sustancias, éstas emitan luz. Efecto fotográfico: los rayos X tienen la capacidad de producir el ennegrecimiento de las emulsiones fotográficas, una vez reveladas y fijadas éstas. Esta es la base de la imagen radiológica

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Efecto biológi...