Matriz de detectores
Los detectores miden la energía depositada en ellos después de que los fotones de rayos X atraviesan el cuerpo del paciente. Esta energía se transforma en corriente eléctrica que llegará al ordenador. Los detectores transforman los rayos X de dos formas distintas:
- Transformación en luz: unos detectores convierten primero los rayos X en energía luminosa y luego en eléctrica.
- Transformación directa en electricidad: otros transforman directamente los rayos X en corriente eléctrica.
Los primeros equipos utilizaban un solo detector y los modernos más de 2 400. Tipos de detectores:
- Detectores de cristal de centelleo (usados en primeras generaciones).
- Detectores de gas o de cámara de ionización (presentes en la tercera generación).
- Detectores sólidos o semiconductores (en equipos de tercera generación en adelante y en TC helicoidal).
Los detectores sólidos son una modificación del detector de centelleo y, al igual que ellos, el cristal traduce la energía de los rayos X (invisible) en destellos de luz. Estos destellos se detectan mediante un fotodiodo o fotodetector de silicio que genera una corriente eléctrica; posteriormente cada impulso eléctrico generado es amplificado y convertido en una señal digital.
El material utilizado como elemento detector debe tener las siguientes características: gran eficiencia de detección (número atómico alto) y tiempo de resolución corto (para permitir alta velocidad de rotación).
Ventajas de los detectores sólidos
- Los fotodetectores son más pequeños, lo que hace el gantry menos voluminoso.
- Son más económicos y no requieren suministros de potencia adicionales.
- Son muy estables (más que los tubos fotomultiplicadores).
- Su eficacia y eficiencia son parecidas a las de los detectores de gas.
- Los elementos eléctricos son menos complejos que los tubos fotomultiplicadores.
Configuración de detectores y cortes
Según el detector, podemos distinguir diferentes equipos y modos de adquisición:
- Detector o corte: el ancho del corte se determina mediante colimación (colimación pre-paciente). El haz a su salida se colima antes del paciente.
- Multidetector o multi-corte: con el fin de poder seleccionar distintos anchos de corte, los equipos combinan varias hileras de detectores de acuerdo con la colimación seleccionada y la anchura de corte.
Los detectores se colocan respondiendo a dos configuraciones principales:
- Matriz fija: detectores de igual tamaño colocados a lo largo del eje axial.
- Matriz adaptable: hileras de detectores de diferente tamaño para optimizar la respuesta según la divergencia del haz.
Rotación continua y colimación en abanico
El mayor avance fue el desarrollo de un movimiento de rotación continuo, sin traslación del tubo ni de los detectores. Esto se consiguió transformando el haz de rayos X con una morfología de abanico, que abarca todo el paciente y es recogido por una hilera de detectores con forma de arco de circunferencia (260–750 detectores). Tiempo de exposición: 0,048–0,1 s. El haz cubre por completo el paciente, permitiendo que la distancia entre la fuente y el detector sea constante. Esto facilita la reconstrucción de las imágenes y mejora la colimación (se reduce la radiación dispersa).
Este tipo de colimación puede ser:
- Colimación pos-paciente o pre-detector: actúa de forma parecida a una rejilla antidifusora en radiografía convencional.
- Colimación pre-paciente: reduce la dosis que recibe un determinado grosor de la sección del tejido.
Tiempo de exploración típico: 2 o 3 s.
Problema: aparición de artefactos en anillo. Cada detector visualiza una sección anular de la anatomía y si falla un detector aparecerá un anillo en la imagen reconstruida. Para reducirlo se utilizan algoritmos de reconstrucción que aplican correcciones mediante software.
Modelos con anillo fijo de detectores
Se ha diseñado una circunferencia completa de detectores fijos alrededor del gantry y solo se desplaza el tubo girando alrededor del paciente. Esto no aporta ventajas respecto a la tercera generación y fue abandonado con el desarrollo de equipos multidetector debido al elevado coste de detectores de 360°.
La detección de radiación en estos modelos se consigue con al menos 1 000 detectores colocados en circunferencia; en algunos diseños el número llega a 4 000. El haz toma forma de abanico y el tiempo de exploración puede ser de centésimas de segundo. Se pueden explorar secciones de grosor variable gracias a la colimación pre-paciente.
Modelos de rotación
- Rotación/Estacionario: anillo fijo de detectores y el tubo de rayos X gira dentro de él. Ventajas: el tubo puede girar a altas velocidades, disminuyendo el tiempo de exploración; el sistema es poco sensible a las diferencias de comportamiento entre detectores.
- Rotación/Nutación: anillo fijo de detectores, pero el tubo de rayos X gira por fuera del anillo y los detectores realizan un movimiento (nutación) para permitir el paso de los rayos. Este sistema resulta más costoso por el movimiento adicional de detectores.
Quinta: Haz electrónico (EBCT)
La tomografía por haz de electrones (Electron Beam CT, EBCT) utiliza un sistema sin rotación mecánica: un rayo de electrones barre unas placas semicirculares de tungsteno que rodean al paciente. Detrás del paciente se encuentra el foco de electrones; este chorro de electrones es desviado y choca contra las placas de tungsteno, generando radiación de rayos X que atraviesa al paciente y es detectada por un anillo detector situado en el lugar opuesto.
Mayor innovación: alta resolución temporal para tomar imágenes del corazón (33 ms a 100 ms).
Desventajas: alto coste, trayectoria limitada (arco de aproximadamente 220° y un plano que no coincide exactamente con el de los detectores) e imposibilidad de introducir colimadores anti-dispersión efectivos (debido a que los detectores son estacionarios).
Sexta: desarrollo del anillo deslizante
Hasta este momento la principal limitación era el tiempo necesario para realizar un estudio completo y los espacios sin explorar entre corte y corte. Para eliminar este retraso era necesario un sistema con rotación continua del tubo y de los detectores. La solución fue el anillo deslizante (slip ring), que permite la transmisión de corriente a los elementos giratorios sin conexiones fijas. Esto evita la presencia de cables que restrinjan el movimiento, transmitiendo la señal eléctrica a través de anillos conductores situados en la superficie que rota sobre un soporte fijo. De este modo se eliminan los retrasos entre adquisiciones, salvo el tiempo para mover la mesa entre corte y corte.
La modalidad descrita anteriormente corresponde a la TC secuencial, en la que la adquisición de cada corte axial se hace con la mesa parada; después la mesa avanza y el tubo y detectores vuelven a girar para adquirir un nuevo corte.
TC helicoidal
En TC helicoidal (espiral) el tubo y los detectores giran mientras la mesa se desplaza, de tal manera que la trayectoria del haz describe una hélice. Con estos datos se reconstruye una imagen de corte transversal a lo largo del eje Z. La principal ventaja es que elimina el tiempo de desplazamiento de la mesa entre cortes, lo que permite optimizar el contraste intravenoso y obtener mejores imágenes de estructuras en movimiento (por ejemplo, respiración).
Concepto importante: la velocidad a la que se mueve la mesa a través del gantry en relación con el tiempo de rotación del tubo y el grosor del corte, denominado factor de desplazamiento o pitch.
FACTOR DE DESPLAZAMIENTO (pitch) = movimiento de la camilla por cada 360° de rotación / grosor del corte.
El valor del pitch influye sobre la calidad de imagen y la dosis impartida al paciente:
- Pitch = 1: el desplazamiento de la mesa corresponde con el grosor del haz; las vueltas de la hélice muestran correspondencia exacta y los cortes son consecutivos.
- Pitch > 1: permiten cubrir estudios extensos en menor tiempo, pero con peor calidad de datos porque las espirales están más separadas.
- Pitch < 1: mayor información estructural y alta resolución de imagen, pero con mayor dosis al paciente porque las espirales están más juntas y solapadas.
TC multicorte / multidetector
En los equipos multicorte el tubo y una hilera de detectores recogen la información en forma de abanico; consiste en añadir varias hileras de detectores en el eje Z (de la cabeza a los pies). Esto permite, con un único giro del tubo, obtener varios cortes simultáneamente. Estos equipos pueden ser de 4, 16, 32, etc., en función del número de hileras. Ventajas: mayor rapidez en la adquisición, mayor número de imágenes por rotación y menor calentamiento del tubo.
Cada una de estas hileras está conectada a un DAS (Data Acquisition System), que genera un canal de datos. Con equipos modernos se pueden obtener imágenes del corazón en menos de 1/3 de segundo.
Organización de las matrices de detectores
Las matrices de detectores pueden organizarse de dos formas:
- Simétrica o fija: detectores de la fila del mismo tamaño. Inconveniente: poca eficacia de los detectores más externos debido a la divergencia, lo que ocasiona un efecto sombra en los detectores externos por culpa de los tabiques entre detectores que no están focalizados.
- Asimétrica o variable: las hileras están formadas por detectores de diferente tamaño para disminuir el efecto sombra; los detectores centrales son más pequeños y van aumentando hacia los extremos donde los fotones son más divergentes.
Los equipos de doble energía, además de obtener las imágenes tradicionales de TC, permiten distinguir entre diferentes componentes materiales en los tejidos.