Sistema de Control de Calidad de imágenes axiales en
Tomografía Computarizada
R. A. Miller C.*, Henry Blanco Lores*, Roxana de la Mora Machado**
* Centro de Biofísica Médica. Universidad de Oriente. Sede Central. Ave. Patricio Lumumba s/n. C.P. 90500. Santiago de Cuba. Email: [email protected] ** Centro de Control Estatal de Equipos Médicos. MINSAP. Calle 4 e/ 19 y 21,
Vedado, Ciudad Habana.
Resumen
La Tomografía Computarizada por rayos X es prácticamente una Tecnología de Imágenes Médicas convencional, por tanto es indispensable incrementar la precisión y exactitud de las estimaciones de sus parámetros imagenológicos. Se presenta un sistema de herramientas informáticas implementadas para el control periódico de la calidad de imágenes axiales independientemente de los códigos provistos por el propio fabricante del equipo. Dicho sistema ha sido utilizado con fines docentes durante la preparación teórica y práctica de más de 200 Ingenieros Biomédicos que realizarán el imprescindible control de calidad de Tomógrafos en los Centros Médicos de Diagnóstico con Altas Tecnologías (CMDAT) en Venezuela como parte de los Servicios de Salud Cubanos Internacionales. Este sistema forma parte de las herramientas de trabajo sistemático de Ingenieros Biomédicos en Departamentos de Radiología cubanos y sus formularios constituyen parte de las normativas del Manual de Organización y Procedimientos de los CMDAT. Este trabajo establece las bases para el desarrollo de un sistema integrado de aseguramiento de la calidad en Tomografía Computarizada permitiendo evaluar la calidad de imagen de forma independiente a los softwares provistos por los fabricantes de equipos y maniquíes comerciales, el sistema resulta transparente para el usuario en el proceso de realización de las pruebas y permite su uso con fines docentes. Constituye un aporte económico significativo pues un software para control de calidad de imágenes axiales con maniquí incluido cuesta alrededor de 10 000 USD [http://www.cspmedicalstore.com], cuyas principales firmas y Casas Matrices productoras y comercializadoras son estadounidenses.
Palabras clave: Tomografía Computarizada, control de calidad de imagen.
Introducción
Cuba forma parte de un contexto global científico, político y social donde tiene un rol activo en transformaciones dinámicas hacia un futuro cada vez más integrador. El área de los Servicios de Salud cubanos es hoy sin duda una fortaleza fruto del proceso revolucionario desarrollado en este ámbito, consecuencia de ello es la demanda internacional por contar con estos servicios. Dichos Servicios están indisolublemente ligados a Tecnologías de Punta, las cuales requieren una
metodología de evaluación eficiente y eficaz que comprenda control, seguimiento y mejoramiento proactivos con base científica.
En este trabajo se presenta un sistema de herramientas informáticas implementadas para el control periódico de la calidad de imágenes axiales de equipos de Tomografía Computarizada de forma independiente a los códigos provistos por el propio fabricante del equipo. Dicho sistema ha sido desarrollado completamente en Cuba y se ha utilizado con fines docentes durante la preparación postgraduada teórica y práctica de más de 200 Ingenieros Biomédicos entrenados para llevar a cabo, entre otras tareas, el imprescindible control de calidad de las Tecnologías de Imágenes Médicas en los Centros Médicos de Diagnóstico con Altas Tecnologías (CMDAT) en la hermana República Bolivariana de Venezuela como parte de los Servicios de Salud Cubanos en el extranjero. El sistema presentado también forma parte de las herramientas de trabajo sistemático de los Ingenieros Biomédicos en los Hospitales de Excelencia del país y sus formularios constituyen parte de las normativas del Manual de Organización y Procedimientos de los CMDAT.
Materiales y Métodos
Para la realización de este trabajo se utilizaron hojas de cálculo del Excel® (Microsoft Office®) sobre cuya plataforma se elaboró el sistema CaliDAT v1.0 para registro y procesamiento de datos de Control de Calidad de equipos de Tomografía Computarizada.
Para todo control de calidad es necesario tener conocimiento exacto y preciso de los materiales utilizados para la obtención de imágenes axiales. En este trabajo se presentan imágenes obtenidas con dos tipos diferentes de maniquíes, uno de uso comercial ampliamente difundido, denominado Catphan® [www.phantomlab.com] y otro (multisección y rellenable con agua) provisto por el fabricante de Tomógrafos SHIMADZU distribuidos a lo largo de todo el país.
Se implementaron herramientas de selección y cálculo de áreas, medias y desviaciones estándar en imágenes axiales utilizando como plataforma de base el software Imagis®, con las cuales no se contaba en versiones anteriores de dicho software, se utilizan otras posibilidades de variación de ancho y centro de ventana para determinar espesores de corte y medición de distancias para las pruebas de distorsión geométrica. Dichas herramientas se calibraron y verificaron antes de su aplicación en controles de calidad de equipos de TC.
Resultados
Se anexa la Guía de usuario del sistema CaliDAT v1.0 con ejemplos de datos medidos en equipos reales de Tomografía Computarizada Multicortes en una institución hospitalaria. Los ejemplos presentados no pretenden constituir un estudio exhaustivo de las pruebas de calidad que normalmente se realizan a equipos de Tomografía Computarizada sino que permiten ilustrar las posibilidades que ofrece el sistema y su alcance en el ámbito de las imágenes axiales. A continuación se presenta un análisis ilustrativo de las posibilidades del sistema desarrollado a través
de algunas pruebas de calidad de imagen realizadas con un equipo SIEMENS Sensation Cardiac de 64 cortes, el resto de las pruebas geométricas y dosimétricas se reportan en Anexo B de la Guía de Usuario presentada con este trabajo.
Valor Medio de #CT, Ruido y Uniformidad
Con el uso de la aplicación de determinación de Regiones de Interés (ROI-Region Of Interest), como se observa en la Guía de usuario del CaliDAT anexa, se pueden determinar rápida y simultáneamente tres parámetros: Valor Medio del #CTagua, Ruido y Uniformidad de la imagen.
Valor Medio del #CT
La imagen de la figura 23, página 4-14 de la Guía de Usuario, corresponde a un maniquí Catphan® de material equivalente a agua. Como puede apreciarse en la aplicación utilizada el sistema presenta el valor medio del #CT, la desviación estándar y el área seleccionada en mm2. Además, pueden añadirse fácilmente notas a los datos presentados permitiendo su edición para presentaciones e informes.
La estimación y evaluación automáticas del valor medio del #CT con el sistema CaliDAT v1.0 se presenta en la página B-10 de la Guía de Usuario anexa. El dato utilizado es tomado del valor del #CT medido en el centro de un maniquí de uniformidad (ver página B-12).
Ruido
Un material uniforme en composición y en densidad incluido en el objeto tomografiado debe, idealmente, producir un corte en el que el valor del coeficiente de atenuación, y, por tanto, el nivel de gris en la imagen, sea constante en toda su extensión. En la práctica, el valor del coeficiente de atenuación (µ) obtenido, o el nivel de gris, varía en torno a una cierta cantidad. Esa variación aleatoria se conoce como ruido. La principal fuente de ruido en la imagen de Tomografía Computarizada (en lo adelante TC) tiene su origen en el hecho de que el número de fotones emitidos por el tubo de rayos X es finito y los que alcanzan un detector siguen una estadística de Poisson. Se trata del “ruido cuántico” que también se encuentra en radiodiagnóstico convencional y que aumenta cuanto menor es la fluencia de rayos X. Existen otras causas de ruido como las asociadas a inexactitudes en el proceso de reconstrucción y al ruido electrónico generado en el propio sistema de detección.
El ruido o la varianza de píxel se suele evaluar a partir de la desviación estándar del número CT, expresado en unidades Hounsfield (UH), correspondiente a un área libre de artefactos y suficientemente grande para evitar errores estadísticos de correlación. En la práctica se emplea un maniquí de agua, o de material equivalente, y se calcula como el valor relativo de la desviación estándar con relación a la amplitud de la escala existente entre el número CT del agua y el del aire (normalmente 1000 unidades Hounsfield), expresado como porcentaje, según la expresión siguiente:
σ σ ⋅ ≈ ⋅ − = 100 0,1 # # (%) aire agua CT CT n
donde n es el ruido y σ es la desviación estándar de los valores de #CT en el área elegida. En este trabajo se emplea como criterio de selección de área (A.) un rango entre 500 y 550mm2 para la determinación de la desviación estándar (σ). Se implementó la determinación de la desviación estándar integrada a la herramienta de ROI. En la página B-11 se presenta la evaluación automática que ofrece el CaliDAT sobre el ruido de imagen, medido en el centro de un maniquí de uniformidad (ver página B-12).
Uniformidad
Un sistema ideal debe ofrecer, para el mismo material, idéntica respuesta en cualquier punto del área de análisis. Su uniformidad espacial en tal caso sería perfecta. En la práctica se establece que, para un material uniforme de agua, las diferencias entre los valores promedio de #CT en la periferia no deben exceder en 5 UH (Unidades Hounsfield), en la página B-12 se presenta un análisis de uniformidad a partir de los datos obtenidos con el Imagis para la imagen codificada como I04.XX.240605.0004.01 obtenida con un equipo SIEMENS Sensation Cardiac de 64 cortes.
Distorsión geométrica y Linealidad Distorsión geométrica
A partir de la figura 22 pueden determinarse los datos de distorsión geométrica lineal axial en las direcciones horizontal y vertical, en la página B-9 se presenta un análisis de esta prueba y sus resultados.
Linealidad
Además de los requisitos de uniformidad que debe satisfacer un sistema de TC, el factor de escala de densidades debe ser tal que, para variaciones del coeficiente de atenuación en todo el intervalo de interés, la variación de la respuesta sea proporcional a la variación de µ. Esto es, el sistema debe ser lineal.
La linealidad del #CT se determina usando un maniquí que contenga insertos de varios materiales diferentes. Para un control adecuado los insertos deben abarcar un rango amplio de números CT. Un ejemplo de maniquí útil para este fin es el Catphan [Phantom Laboratory, Salem, NY, www.phantomlab.com], el cual contiene cuatro insertos con números CT que abarcan un rango de -1000UH a +1000UH (figuras 20 y 22 en Anexo B de la Guía de Usuario del CaliDAT v1.0).
En la página B-13 se presenta la curva de regresión lineal determinada por el sistema correspondiente a los valores registrados por el usuario en la misma.
Espesor de corte
El espesor o anchura de corte nominal programado en la consola de un equipo de TC debe coincidir lo más exactamente posible con la dimensión axial de la rodaja de volumen realmente analizado. El espesor de corte se define normalmente como igual a la anchura a mitad de altura (FWHM) del perfil de sensibilidad axial que, es la respuesta del sistema a un impulso de atenuación sobre el eje z. Para su determinación se suelen emplear maniquíes en los que se incluyen varias rampas metálicas (de aluminio o de cobre). Conocido el ángulo que forman las rampas con el plano de corte, es posible a partir de la proyección visualizada en la imagen, determinar el espesor de corte. El tamaño aparente de la longitud de la rampa es función de los parámetros de la ventana de visualización en el monitor.
El sistema permite determinar el espesor de corte por dos métodos equivalentes denominados por Ventanas o FWHM como se explica en la Guía de Usuario del CaliDAT.
Conclusiones
Se ha presentado un sistema de herramientas informáticas para el control de calidad de imágenes axiales de equipos de Tomografía Computarizada. Este trabajo constituye las bases para el desarrollo de un sistema integrado de control de calidad de imágenes axiales de Tomografía Computarizada y permite el control de calidad de imagen de forma independiente a los softwares provistos por los fabricantes de equipos y maniquíes comerciales. El sistema es semiautomático, lo cual hace que resulte transparente para el usuario el proceso de realización de las pruebas y permite su uso con fines docentes.
Actualmente se ha evaluado la calidad de imagen con este sistema para equipos monocortes de fabricantes SHIMADZU SCT-7800TC y SIEMENS Balance, también se han evaluado equipos multicortes de modelos representativos de los existentes en Cuba y Venezuela como son: SIEMENS Emotion Duo (2 cortes), SIEMENS Sensation Cardiac (64 cortes) y PHILIPS MX-8000-IDT (10 cortes). Se analizan resultados obtenidos con el sistema presentado para uno de los más complejos (SIEMENS Sensation Cardiac de 64 cortes).
El trabajo constituye además un aporte económico significativo pues solamente un software para control de calidad de imágenes axiales con maniquí incluido cuesta alrededor de 10 000 USD, considerando además que las principales firmas y Casas Matrices productoras y comercializadoras de estos son estadounidenses.
Bibliografía
AAPM Report 39, American Association of Physicists in Medicine, Specification and Acceptance Testing of Computer Tomography Scanners, (1993).
IAEA / ARCAL XLIX,Protocolos de Control de Calidad en Radiodiagnóstico, pp. 72 – 84, (2001).
Miller C., R. A.; Registro y procesamiento de datos de Control de Calidad de equipos de Tomografía Computarizada; Guía de usuario: CaliDAT v.1.0; (2006).
Phantom Laboratory, Salem, NY, www.phantomlab.com
