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Tema 1: Principios de la TC

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CENTRO DE ESTUDIOS SANITARIOS DEL MEDITERRÁNEO

Tema 1: Principios de la TC

La tomografía axial computada (TAC) o también conocida como tomografía computada

(TC), es un método de diagnóstico médico, no invasivo ni doloroso que permite observar el interior del cuerpo humano, a través de cortes axiales, mediante la utilización de los rayos X.

La obtención de imágenes de un TC se realiza a través de un tubo de RX y se basa en los mismos conceptos físicos de la radiología convencional. Aunque lo diferencia de esta otra técnica es su dinamismo y calidad de imagen, pudiendo realizar adquisiciones volumétricas sin o con contraste en apenas unos segundos, reduciendo el tiempo de los estudios enormemente.

El TC además nos permite realizar estudios de sincronismo cardíaco o respiratorio lo que mejora aún más la calidad diagnóstica y la versatilidad de estudios. Por el contrario, cabe

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destacar como perjuicio de esta técnica la dosis equivalente recibida por los pacientes sometidos a este tipo de técnicas.

Comparada con la historia de la medicina, la historia de la radiología es corta; es una historia de apenas cien años y, sin embargo, desde que se creó, esta especialidad médica ha revolucionado la medicina.

Sin duda, una de las modalidades radiológicas que desde su creación más ha

evolucionado y se ha instaurado más rápidamente en la práctica clínica diaria es la tomografía computarizada (TC) hasta el punto de que apenas se pueden comprender pautas de actuación médica que no incluyan la realización de esta prueba diagnóstica.

Entre las ventajas que proporciona este proceder, podemos mencionar:

Es mínimamente invasiva.

Es fácil de realizar.

Se adquiere de la información en tiempos cortos.

Aporta una buena resolución espacial.

Brinda una excelente capacidad diagnóstica con las imágenes en 3 dimensiones, como las recons- trucciones multiplanares y el volumen rendering.

Se estudian extensas áreas del cuerpo con rapidez.

Puede proporcionar una información anatómica muy completa para la planificación quirúrgica.

Se logran estudios de alta calidad diagnóstica en fase arterial y venosa.

Como desventajas tenemos:

La cantidad de radiaciones recibida por el paciente.

La inyección de una gran cantidad de contraste, a un alto flujo.

Las imágenes diagnósticas se obtienen con postprocesamiento, lo que demora el proceso deinforme radiológico.

En la medicina actual no se tolera la incertidumbre diagnóstica. Los médicos de todas las especialidades requieren conocer el diagnóstico exacto de los pacientes que acuden a su consulta y la TC les permite, en muchas ocasiones, este diagnóstico de certeza. La TC es capaz de cambiar diagnósticos clínicamente sospechados y aportar diagnósticos alternativos;

se ha convertido en una técnica diagnóstica exigida de manera rutinaria hasta tal punto, que los especialistas médicos deciden realizarla para no incurrir en mala práctica clínica e incluso la demandan los propios pacientes.

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1. INTRODUCCIÓN.

La TAC, TC o Escáner es, sin lugar a dudas, uno de los avances históricos más significativos en el campo de la obtención de imágenes para el diagnóstico en medicina.

Analizando las palabras que forman el nombre de esta técnica:

• Tomografía: viene de dos palabras griegas:

Tomos: cortar o corte.

Grafo: imagen.

• Axial: plano perpendicular al eje longitudinal de un cuerpo. También se le denomina Transversal.

• ·Computerizada: tratamiento informático o por computadora.

Por tanto podemos definir TC como la Exploración de Rayos X mediante la cual obtenemos imágenes (digitales) de cortes transversales de la región anatómica del paciente que deseamos explorar.

En lugar de obtener una imagen como la radiografía convencional, la TAC obtiene múltiples imágenes al rotar alrededor del cuerpo. Esta máquina crea múltiples imágenes en rodajas (cortes) de la parte del cuerpo que está siendo estudiada.

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2) HISTORIA.

Desde que Roetgen descubrió los rayos x en 1895, la radiología convencional ha proporcionado imágenes del cuerpo humano. Sin embargo, una de las mayores limitaciones de esta técnica es la superposición de estructuras.

Las fórmulas matemáticas para reconstruir una imagen tridimensional a partir de múltiples imágenes axiales planas fueron desarrolladas por el físico J. Radón, nacido en Alemania en 1917.Tras sus trabajos las fórmulas existían, pero no así el equipo de rayos X capaz de hacer múltiples “cortes” ni la máquina capaz de hacer los cálculos automáticamente.

Los primeros experimentos en ordenador para reconstruir imágenes fueron tomados en 1961 por el neurólogo estadounidense William Henry Oldendorf

En 1963, el físico A.M. Cormack indicó la utilización práctica de los resultados de Radón para aplicaciones en medicina, nacía así la llamada tomografía computada, pero esta no llego a ver la luz, probablemente por las dificultades de los computadores de su época para realizar todos los cálculos necesarios en un tiempo razonable.

Para aplicarlo a la medicina hubo que esperar al desarrollo de la computación y del equipo adecuado que mezclase la capacidad de obtener múltiples imágenes axiales separadas por pequeñas distancias, almacenar electrónicamente los resultados y tratarlos. Todo esto lo hizo posible el británico G. H. Hounsfield en los años 70.

Boceto esquemático en servilleta deTAC realizado por Hounsfield y su invento a la derecha

No es exageración decir que en el diagnóstico por imágenes hay un antes y un después de la creación de la tomografía computada o escáner. La capacidad de poder ver en mejor forma,

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con más precisión y menor invasión el interior del cuerpo humano se lo debemos pues en gran parte a Sir Godfrey Hounsfield (Figura 1), cuya creación le valió el Premio Nóbel de medicina o fisiología en 1979 junto con Cormack.

Figura 1. Sir Godfrey N.Hounsfield (1919-2004). Cormack (1924- 1998)

En 1951 Sir Godfrey Hounsfield, se incorpora a la firma EMI Limited participando en el desarrollo de nuevos sistemas de radar y de armas guiadas.

En su trabajo tempranamente se interesó por los computadores, liderando el equipo que construyó el primer computador con transistores del Reino Unido en 1958, siendo posteriormente trasladado por EMI a sus laboratorios de investigación.

En los años 60 aplicó los conocimientos adquiridos al desarrollo del escáner, dándonos con ello una forma diferente de obtener y registrar la interacción de los Rayos X con el cuerpo. De esta forma pudimos visualizar los distintos órganos y tejidos, con el giro el tubo en el eje axial y procesamiento de la información con detectores y amplificadores de mayor sensibilidad que la placa radiográfica convencional disponible hasta ese momento.

Es sin duda Sir Godfrey Hounsfield la figura central en el desarrollo del tomógrafo computado.

En forma totalmente independiente de Cormack, desarrolló un prototipo y construyó el primer equipo de TC para uso clínico, que permitía examinar el cráneo y su contenido (Figuras 2).

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Figura 2. Primer prototipo de escáner clínico para cerebro instalado en el Hospital Atkinson Morley´s.

Londres.

La radiología convencional era la principal herramienta de diagnóstico por imágenes, y tenía numerosas limitaciones. No se podía representar, en una película de dos dimensiones toda la información contenida en un objeto que posee tres, quedando las diferentes estructuras superpuestas. Además discriminaba solo entre tejidos de densidad muy diferente como lo son el aire, agua, hueso, grasa y tampoco era capaz de separar en forma cuantitativa las distintas densidades de las estructuras exploradas por el haz de rayos X. La placa radiográfica sólo es capaz de registrar la absorción media de los tejidos atravesados.

La tomografía computada introduce el cambio ya que puede medir la atenuación o absorción del haz de rayos cuando pasa a través de secciones del cuerpo y lo hace desde cientos de diferentes ángulos. Con estas mediciones, los computadores pueden reconstruir imágenes del interior del cuerpo. El paradigma fue comprender, que al escanear un objeto desde muchos ángulos, era posible extraer toda la información contenida en él.

La TAC reemplazó a la placa radiográfica por detectores de radiación que giraban alrededor del paciente durante la realización del estudio. Estos transformaban dicha radiación recibida en señales eléctricas y las transmitían a una computadora que reconstruía los valores de densidad detectados en una imagen formada por puntos en una pantalla de televisión.

Los primeros resultados clínicos se publicaron en la primavera europea de 1972, sorprendiendo a la comunidad médica. Procesos patológicos que previamente solo podían demostrarse, en

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forma indirecta, eran ahora demostrados en forma directa. El primer prototipo clínico fue instalado en el Hospital Atkinson Morley, de Londres y el primero con fines comerciales fue el EMI Mark I.

Finalmente Ambrose aceptó y le cedió una caja que contenía un cerebro humano con un tumor.

Los dos trabajaron sin descanso durante dos años en la idea de Godfrey . Primero, con el modelo primitivo de 1967 usando cerebros de animales y humanos, y luego con el prototipo encargado por el Hospital Atkinson Morley´s en 1971. Los resultados fueron espectaculares, por lo que, en 1972, se instaló -por 69.000 libras- el primer escáner de TAC en el Atkinson Morley´s Hospital

Este equipo consistía en un gantry que contenía un tubo de RX con ánodo estacionario enfriado con aceite. El haz de RX era colimado y pasaba a través de la cabeza del paciente (que estaba rodeada por una bolsa de agua) y la información era captada por 2 detectores con un cristal de yoduro de sodio, unido a un fotomultiplicador. El mecanismo para obtener la imagen era por medio de la rotación (un grado a la derecha y otro hacia la izquierda de la línea media) y la traslación del tubo. El tiempo de adquisición era de 4,5 minutos y 0,5 minutos en la reconstrucción de la imagen, con una matriz de 80 x 80.

Sir Godfrey N.Hounsfield con el primer prototipo de TAC

El 20 de abril de 1972 el ingeniero de EMI (hasta entonces poco conocido) Godfrey Hounsfield hizo una presentación junto al Dr. James Ambrose llamada "Tomografía axial computarizada (una nueva forma de demostrar los tejidos blandos del cerebro sin el uso de medios de contraste)” en el 32º Congreso del Instituto Británico de Radiología (British Institute of Radiology -BIR-)

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Hounsfield en una consola del Hospital Atkinson Morley, entrenando a uno de los primeros técnicos en TAC.

Pocos descubrimientos médicos han recibido una aceptación tan inmediata y entusiasmaron tanto como la tomografía computada revolucionando el trabajo médico en el mundo entero.

Los cinco primeros equipos fabricados fueron instalados en el Reino Unido y Estados Unidos a partir 1971 y la primera TC de un cuerpo entero se consiguió a partir de 1974.

Consistía en 1 tubo de RX que en su extremo opuesto tenía 1 detector solo, este tubo-detector se rotaba un grado, tomaba la información trasladándose 180 grados, tardaba

aproximadamente 5 minutos en hacer 1 toma completa de datos.

Luego se sucedieron rápidamente nuevas generaciones de ellos con notables avances, que expandieron sus aplicaciones, permitiendo no sólo el estudio del cráneo y cerebro, sino también del resto del cuerpo.

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El desarrollador del primer equipo capaz de generar imágenes transversales de todo el cuerpo humo fue el Dr. Robert Ledley a mediados de los 70 (1974) y la mayoría de equipos actuales se basan en su técnica

El primer equipo que entró en nuestro país fue el SOMATOM SD, instalado en el año 1980.

Este era de 3ra generación y constaba de un tubo de RX rotatorio y 256 detectores de yoduro de cesio. El tiempo de corte era de 9 seg y contaba con un software capas de recibir los datos obtenidos con el hardware especializado y sacar los cálculos mediante la formula de Radon, para su posterior presentación en pantalla.

En 1981 Lackner y Thurn, reportan la obtención de imágenes cardiacas usando un equipo de 3ra generación, con un tiempo de rotación de 2 segundos. Los datos de los cortes eran

coleccionados tomando como base las fases del ciclo cardiaco usando la información

electrocardiográfica, para lograr obtener imágenes con una efectiva resolución temporal de 0,5 seg. Este sistema lo conocimos como "Seriocard" y tuvimos algunas experiencias en nuestro centro (SOMATOM SF), en el año 1985.

En 1982, se introdujeron los resultados clínicos con un sistema conocido como EBCT

(ELECTRON BEAM CT) que fue el llamado Imatron (USA) y Evolution (Siemens, Alemania), que lograba un corte de 50- 100 milisegundos. Este no se difundió debido a su gran tamaño, peso y costo.

En 1987, fue que se puso en el mercado un equipo que lograba la rotación continua del gantry alrededor del paciente, naciendo así la tomografía en espiral. Esta se desarrolló a partir de 1989, siendo posible los estudios de los campos pulmonares en 24 segundos, con el paciente en apnea.

En 1992, se comienzan a realizar con buenos resultados, los estudios angiográficos con TAC, al lograrse rotaciones y procesamientos de imágenes más rápidos.

En 1998 nace la época de los equipos espirales con multicorte, lográndose 2 cortes en una sola rotación. En el año 1999, comienzan a usarse estos equipos para el estudio del área cardiaca.

Igual que en el resto de mundo, el número de equipos creció rápidamente.

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Así ha transitado el desarrollo de la TAC con equipos multicorte de 2, 4, 6, 10,16, 40 y 64 cortes. Este último sistema (de 64 cortes) permite una velocidad de rotación de 0,33 seg. y cortes de 0,4 milímetros, ofreciendo la más alta resolución y permitiendo los estudios de las arterias coronarias, con mayor eficiencia que los anteriores.

El primer equipo de 64 cortes fue el SENSATION 64, instalado en nuestro país en el mes de junio del 2005 A finales de este mismo año se presentó el equipo SOMATOM DEFINITION. El mismo se caracteriza por tener dos tubos y dos sistemas de detectores que se mueven solamente en un ángulo de 90º, con el fin de adquirir los datos necesarios para conformar la imagen. Con esto obtenemos una

resolución temporal de 83 milisegundos (ms.) que duplica las que nos ofrecen los equipos de un solo tubo que es de 165 ms. Unido a una resolución espacial menor de 0.4 mm. hace que este equipo pueda definir estructuras anatómicas menores al anterior, con una alta calidad y sin compromisos asociados al uso de los beta bloqueadores y al control electrocardiográfico. Este es un aparato de gran utilidad para el estudio de los órganos en movimiento, especialmente del corazón.

Figura 3.Primera imagen clínica obtenida con tomógrafo computado prototipo.

El interés del público por su invención complicó a este hombre sencillo, que disfrutaba caminando por las montañas, sin un plan definido. Recibió numerosos premios y distinciones entre ellas ser nombrado caballero y ser distinguido con el McRobert Award considerado como el premio Nóbel de ingeniería, un mérito indiscutible para alguien sin estudios universitarios.

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En su recuerdo y como homenaje, utilizamos las unidades Hounsfield, para definir la densidad de los tejidos estudiados en tomografía computada.

Hounsfield falleció en Londres a los 84 años y su muerte fue consignada en los principales diarios del mundo que le dedicaron columnas y reportajes.

Como muchos otros científicos importantes, su nombre es poco conocido fuera del ambiente radiológico, pese a que su creación, en constante evolución, aún sigue revolucionando a numerosas especialidades de la medicina. Su invento es considerado por muchos como uno de los más importantes del siglo XX, comparándolo a lo que en su época significó el descubrimiento de los rayos X por Roentgen.

3. Conclusión

Los avances continúan hasta hoy y especialmente en los últimos años, a un ritmo vertiginoso. Estos han sido posibles gracias al desarrollo de nuevos algoritmos de reconstrucción de las imágenes, nuevos desarrollos técnicos y al desarrollo paralelo de equipos computacionales que pueden procesar cada vez mayor información, en un tiempo menor.

Como un indicador de estos cambios, los equipos en la década de los 80, efectuaban un corte de 1 cm de grosor, con un tiempo de giro de 1 segundo y requerían 20-30 segundos, para reconstruir la imagen de dicho corte. Actualmente existen equipos capaces de efectuar mas de 64 cortes, submilimétricos, en menos de1/2 segundo, todos los cuales son reconstruidos en forma instantánea. Entre las muchas ventajas de los nuevos equipos está, el permitir reconstruir los “volúmenes de datos” adquiridos, en cualquier plano del espacio, dándole una capacidad multiplanar, mejorando así nuestra habilidad para detectar y entender las enfermedades.

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La Tomografía Axial Computarizada (TAC o TC) es una técnica radiológica que lleva más de 30 años en funcionamiento con importantes avances en el desarrollo de la adquisición de imágenes y con diversas aplicaciones clínicas.

Millones son los pacientes que se benefician cada día con el invento de Sir Godfrey Hounsfield, que permitió objetivar mejor las alteraciones que las enfermedades producen en el organismo, contribuyendo a un diagnóstico más precoz, preciso y a evaluar los tratamientos efectuados. De esta forma sustituyó y eliminó numerosos otros estudios diagnósticos de menor rendimiento y permitió el crecimiento de la radiología intervencionista, o cirugía mínimamente invasiva, al utilizarlo como guía de agujas o catéteres para obtener muestras de tejidos o vaciar abscesos, sustituyendo en ambos casos a la cirugía tradicional.

Con su invento, Sir Godfrey Hounsfield transformó la especialidad de la radiología, expandiendo sus áreas de influencia, convirtiendo nuestro trabajo en un apoyo y servicio a las demás especialidades médicas.

Desde las primeras imágenes del TAC, se han ido sucediendo generaciones diferentes que buscaban una mayor rapidez de procesado de imagen, una mayor calidad de la misma, a

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la vez que intentaban conseguir reconstrucciones en otros planos diferentes del axial, con calidad suficiente y con unos tiempos de estudio cada vez más cortos.

La mejor calidad de las imágenes proviene de un mayor número de emisores y receptores de la radiación, que realizan múltiples cortes. El detector único de equipos anteriores es sustituido en el nuevo TAC por múltiples filas de detectores que permiten el registro de más de un canal. Así, el grosor de corte es más fino, y la misma imagen posee más definición. Si en los equipos TAC primitivos el corte que se podía obtener era de aproximadamente un centímetro, con los nuevo aparatos se alcanzan unas definiciones de hasta 0,1 milímetros. Igualmente, el otro gran avance que ofrecen los nuevos TAC de diferentes coronas es el de una mayor velocidad de la exploración. Un escáner cardiaco se puede llevar a cabo en aproximadamente ocho segundos;

uno de cuerpo completo no tarda más de 8 - 12 segundos, frente a los 25 segundos de equipos anteriores. Esta mayor rapidez es una ventaja especialmente útil en las exploraciones

pediátricas.

Otro aspecto ventajoso del nuevo equipo es la mayor capacidad que tiene de adaptación automática al tamaño y forma anatómica del paciente, modulando en función del peso la cantidad de radiación emitida. De esta manera, la dosis se reduce de manera importante.

Otra principal ventaja de los aparatos de más de 64 cortes es la obtención de imágenes en 4D y el estudio por perfusión de órganos internos como hígado o cerebro. Esta nueva generación de escáneres de doble fuente, con dos tubos de rayos X y dos detectores, supondrá un impulso innovador en la tecnología de doble fuente.

La última generación de TCMC incluye equipos de dos tubos de rayos X con sus respectivas filas de detectores montados perpendicularmente en un mismo gantry (TC de doble fuente,

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dual-source CT). Estos sistemas están llamados a revolucionar la radiología mediante el concepto de doble energía y, particularmente, la imagen cardiaca debido a su elevada resolución espacial y temporal.

128 – slice 256- 320 cortes y tac de doble fuente

2008/2010 2010- 2014

2014 (doble fuente)

“evolución de los aparatos de tomografía hasta la actualidad”

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Mediante TC se puede estudiar prácticamente cualquier órgano del cuerpo y su patología con gran precisión. Si bien inicialmente se requería un tiempo elevado para completar los estudios, los avances técnicos han permitido acortar significativamente el tiempo de exploración de manera que hoy en día la TCMC es la exploración de elección en múltiples situaciones de urgencia como por ejemplo, en pacientes poli traumatizados en los que en menos de un minuto se puede conocer el estado de cualquier órgano del cuerpo incluyendo cerebro, columna

vertebral y vísceras tóracoabdominales.

Probablemente la aplicación clínica que más se ha beneficiado de la evolución de la TC ha sido la angiografía. Tras la inyección de una mínima cantidad de contraste por una vena periférica la TCMC permite realizar estudios angiográficos de excelente calidad

diagnóstica de forma no invasiva. Ha sustituido a otras técnicas diagnósticas ya establecidas para un diagnóstico concreto como, por ejemplo, la angiografía en el tromboembolismo

pulmonar y es la técnica diagnóstica de elección ante la sospecha de esta entidad. En apenas unos segundos y de forma no invasiva mediante angiografía por TCMC, también se pueden realizar diagnósticos clínicamente relevantes como aneurisma o disección de aorta. Por tanto, gracias al progreso de la TC, en muchas indicaciones la angiografía invasiva convencional ha quedado en un segundo plano y se considera una técnica no tanto para realizar un diagnóstico sino para planificar y tratar de forma mínimamente invasiva determinadas patologías por

radiólogos especializados.

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No se puede comprender el impacto de la TC en la práctica clínica diaria si no se consideran las técnicas de postprocesamiento. En efecto, uno de los aspectos que más ha revolucionado la imagen en radiología ha sido la capacidad de adquirir los estudios de manera tridimensional; la posibilidad de realizar estudios volumétricos. Así, en TC se ha pasado de interpretar imágenes axiales o transversales puras (de ahí el antiguo nombre de tomografía axial computarizada – TAC) a estudiar volúmenes completos que pueden ser reconstruidos en cualquier plano del espacio. La adquisición de las imágenes en TC continúa siendo transversal pura a diferencia, por ejemplo, de la resonancia magnética que posee capacidad de adquisición multiplanar. Sin embargo, tras el postprocesamiento de las imágenes éstas se pueden

reconstruir en los planos sagitales, coronales u oblicuos deseados en función de la sospecha clínica o de la patología a estudio. Desde la introducción de los equipos multicorte esta forma de reconstrucción más básica, conocida como reconstrucción multiplanar (multiplanar

reconstruction – MPR), se realiza de manera rutinaria para interpretar los estudios. Esto es posible gracias a la elevada resolución espacial y a que la tecnología multicorte adquiere imágenes prácticamente isotrópicas, lo que permite obtener imágenes de gran calidad diagnóstica independientemente del plano de reconstrucción. Existen otras técnicas de

postprocesamiento como las proyecciones de máxima o mínima intensidad (maximum intensity projection – MIP, minimum intensity projection – MinIP), las reconstrucciones de sombreado de superficie (shaded surface display – SSD) o reconstrucciones más específicas, como las de muestreo de volumen (volume rendering – VR). Todas estas técnicas de postprocesamiento se realizan una vez terminadas las exploraciones, sin necesidad de adquirir estudios adicionales.

Permiten conocer con mayor precisión la relación de los órganos o patologías estudiadas con respecto a las estructuras anatómicas adyacentes. Las técnicas de postprocesamiento

suponen una herramienta de diagnóstico imprescindible para los radiólogos y resto de

especialistas, ya que la información que aportan supera con creces la disponible únicamente con las imágenes axiales. Las imágenes axiales fuente continúan siendo indispensables para realizar el diagnóstico, pero un adecuado postprocesamiento de los estudios proporciona un valor añadido a las exploraciones. Así, es cada vez mayor el número de clínicos que exige postprocesamiento de los estudios de TC y presentación de los casos en imágenes distintas a las axiales convencionales. Un claro ejemplo lo constituyen los cirujanos, quienes se benefician significativamente de la información tridimensional de la TC al planificar las intervenciones quirúrgicas.

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Por tanto, cuarenta años después de su invención, las aplicaciones clínicas de la TC y su postprocesamiento son innumerables y su número se incrementa exponencialmente según se afianza en la práctica diaria. Dada la capacidad diagnóstica de esta técnica no invasiva se ha aumentado significativamente el número de indicaciones y procedimientos realizados

diariamente hasta el punto de que se debe considerar si no se está utilizando en exceso la TC, si existen otras técnicas diagnósticas alternativas que permiten obtener los mismos resultados o si es necesario repetir estudios de TC con tanta frecuencia como ocurre, por ejemplo, en el control evolutivo de los pacientes oncológicos. Los radiólogos han dejado de ser meros

profesionales dedicados a describir hallazgos radiográficos y forman parte activa del proceder diagnóstico de los pacientes al interpretar sus exploraciones. Una correcta elección de la técnica radiológica a emplear y su adecuada interpretación tras conocer la historia clínica y la sintomatología de los pacientes, es decir en un contexto clínico adecuado, permite realizar un diagnóstico exacto, planificar adecuadamente el tratamiento y conocer el pronóstico de los pacientes evitando interpretaciones erróneas y potencialmente nocivas para los mismos.

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Referencias

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