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DIGITALIZACIÓN DE IMÁGENES MÉDICAS EN RADIOLOGÍA
Las imágenes médicas son generadas porequipos médicos de variada tecnología yespecialidad: equipos de Radiología,equipos de endoscopía y equipos demicroscopía, entre otros.
Las imágenes médicas generadas por los
equipos de Radiología, ocasionanmayores problemas en la gestión deimágenes médicas en EsSalud.
Los principales equipos de Radiología son:
Equipos de Rayos X (Estacionarios,
Rodables, Fluoroscopía, Arco en C)
Equipo de Mamografía
Angiógrafo
Tomógrafo Computarizado (CT)
Equipo de Resonancia Magnética
Litotriptor Extracorpóreo (componente
diagnóstico mediante Rayos X)
Cámara Gamma (Medicina Nuclear)
Densitómetro Óseo
Equipos de Ultrasonido:
Ecocardiógrafo, Ecógrafo Doppler,
Ecógrafo de Uso General
Los equipos de tecnología convencional sonlos que utilizan las películas (placas)radiográficas.
En los últimos cien años se ha venidoutilizando la película radiográfica para
capturar las imágenes de Rayos X, que pasanal revelado mediante un proceso químico yfinalmente se visualiza al trasluz de unNegatoscopio para emitir un diagnóstico.
La tendencia mundial en imágenesmédicas es la digitalización; en tal sentido,EsSalud ha venido adquiriendo en losúltimos años los equipos de Radiologíaque obtienen las imágenes en formatodigital, excepto los Equipos de Rayos X yMamografía, que en su mayoría han sidoadquiridos con tecnología convencional.
Tecnología convencional en losEquipos de Rayos X y Equipos de
Mamografía
La digitalización es la puerta de entrada alsistema PACS, que permitirá mejorar
significativamente la gestión de imágenesmédicas.
Las imágenes digitales también producen uncambio en el modo de diagnóstico médico: conlos Equipos de Rayos X convencionales elmédico emite diagnóstico visualizando lasplacas radiográficas; en cambio, con lasimágenes digitales, el médico puedediagnosticar visualizando las imágenes en
Monitores de alta resolución de una Estaciónde Trabajo (Workstation).
B o l e t í n T e c n o l ó g i c o
E v a l u a c i ó n d e T e c n o l o g í a s e n S a l u dN° 26 – Año 2008
S u b G e r e n c i a d
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v e r s i o n e s – O f i c i n a C e n t r a l d e P l a n i f
i c a c i ó n y D e s a r r o l l o
1
Introducción
Comparación de la visualización:
Tecnología Digital en los Equipos deRayos X y Equipos de Mamografía
Sin digitalización,con Negatoscopio
Con digitalización,imágenes en Monitores de
una Estación de Trabajo
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a) Digitalizando imágenes de un equipoconvencional existente: Equipo de RayosX o Equipo de Mamografía.
b) Directamente de un Equipo de Rayos XDigital (DR) o Equipo de MamografíaDigital.
La imagen digitalizada debe estar en formatoDICOM para conectarse al sistema PACS.
La tecnología que se emplea para amboscasos se indica en el siguiente cuadroresumen:
¿Cómo se obtienen las imágenes digitales?
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Tecnología de la Radiografía Computada (CR)
Las imágenes digitales se obtienenempleando detectores que reciben losRayos X, reemplazando a las películasradiográficas convencionales. A través delos detectores se forma la imagen latente,ésta se traslada a una computadora(consola o estación de trabajo) donde seguarda en formato digital, visualizándose enel Monitor, y puede ser manipulable en
brillo, contraste, zoom, etc.
Tenemos dos escenarios de partida paraobtener las imágenes digitales de losEquipos de Rayos X y Equipos deMamografía:
El término abreviado CR deriva de ladenominación en inglés ComputedRadiography.
Esta tecnología es una de las tecnologíasmás asentadas en el campo de laradiología digital, fue introducida por el
fabricante japonés Fuji el año 1981.
Método
Digitalización en
Equipo de RayosX Estacionario
convencional
Digitalización
en Equipo de
Rayos XRodable
convencional
Digitalización en
Equipo deMamografía
convencional
Digitalización directa con
Equipo de Rayos X
Digital (DR) Estac. oRodable y Equipo de
Mamografía Digital
Indirecto
(Detector portátil)
Detector de Panel Plano
TFD/TFT de Silicio amorfo (Detector portátil)
Detector de Panel Plano
TFT de Selenio amorfo
Conversión
Directa
Tecnología Actual de la Radiología Digital para Equipos de Rayos X
Conversión
Indirecta
Detector CCD
Tecnología
Radiografía Computada (CR)
Directo
y Equipos de Mamografía
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Principios de funcionamiento de latecnología CR:
Muchos sólidos cristalinos, cuando sonexpuestos a radiación electromagnética(por ejemplo de Rayos X), absorbenenergía que se almacena en forma deelectrones excitados, ubicados en otrosniveles orbitales de los átomos queconforman la red cristalina.
Con frecuencia dichos materiales se
desexcitan de manera espontánea einmediata, devolviendo la energía absorbidaen forma de luz visible o ultravioleta.
Sin embargo, algunos de ellos no secomportan de igual modo, sino queconservan parte de la energía almacenada,hasta que reciben un determinado tipo deestímulo.
Este caso particular lo constituyen losllamados fósforos estimulables.
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Cuando la pantalla de fósforo se expone alos Rayos X, los electrones (e-) del fósforoson excitados a un estado de alta energía(saltan a una banda de conducción), donde
son retenidos con una vida media de 8 a 16horas, formando una imagen latente.
Set de chasis con pantalla (placa) defósforo
Las pantallas de fósforo son reutilizables,tienen medidas similares a las películasconvencionales, entre ellas tenemos(horizontal x vertical):
- 14” x 17” (35.56 x 43.18 cm.) ó 35 x 43 cm.- 10” x 12” (25.4 x 30.48 cm.) ó 24 x 30 cm ó
10”x14” (25.4 x 35.56 cm.)- 8” x 10” (20.32 x 25.4 cm.) ó 18 x 24 cm.
Las pantallas de menor tamaño son usadaspara Mamografía.
Componentes del CR:Son tres: Pantallas (placas) de Fósforo,Digitalizador CR y Consola deVisualización.
a) Pantallas (placas) de Fósforo
Las pantallas (placas) de fósforo son el
medio de digitalización, éstas se encuentrancubiertas de un cassette o chasis que secolocan en primer lugar en el Equipo deRayos X, específicamente en el Bucky de lamesa o del estativo vertical en reemplazo delas películas convencionales.
Incidencia de los Rayos X en la pantalla de fósforo
Luego de recibir los disparos de Rayos X, lapantalla de fósforo se traslada manualmenteal equipo CR. El traslado es un procesosimilar al que se hace actualmente con laplaca radiográfica convencional que se llevaal Procesador Automático de Películas, peroel CR no requiere cuarto oscuro para elrevelado.La desventaja es que se van degradando laspantallas de fósforo.
Atomo al momentoque recibe el Rayo X
Atomo después queimpacta el Rayo X
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b) Digitalizador CR
El principio de funcionamiento de un equipo
CR está basado en un dispositivo emisor deláser que hace un barrido a la pantalla defósforo, la cual ha sido trasladadamanualmente del equipo de Rayos X alequipo CR.
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La pantalla de fósforo, como vuelve a suestado inicial de energía, se puede volver ausar.
Esta luz es recogida por una guía de luz defibra óptica y transmitida a un arreglo de tubosfotomultiplicadores, los cuales convierten la
señal luminosa en energía eléctrica analógica,que es amplificada y convertida a señaldigital, para almacenarse finalmente en lacomputadora (estación de trabajo).
Incidencia del láser del CR en la pantalla defósforo
Cuando los electrones de la pantalla defósforo absorben la energía del láser,emiten fotones de luz y retornan a suestado de energía original.
Digitalizador CR
Guía de luz de fibra óptica y tubosfotomultiplicadores
c) Consola de Visualización del Tecnólogo
El equipo Digitalizador CR está conectado a
una Consola para que el tecnólogoidentifique al paciente, realice anotaciones,mediciones y visualice de inmediato lasimágenes recién adquiridas.
Esta consola tiene características de unacomputadora, puede ser incorporada al CRpor el fabricante de este último o puede seruna computadora conectada al CR. LaConsola es solo de visualización para eltecnólogo, no es una Estación dediagnóstico para el médico Radiólogo.
Consola incorporada al CR
Atomo al momentoque recibe el fotón
láser
Atomo después queimpacta el fotón láser
Pantallas (placas)de fósforo
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El término abreviado CCD deriva de ladenominación en inglés Charge CoupledDevice (Dispositivo de Cargas eléctricasAcopladas o interconectadas).
Los primeros dispositivos CCD fueroninventados por Willard Boyle y GeorgeSmith el 17 de octubre de 1969 en losLaboratorios Bell.
Principios de funcionamiento:
El Detector está compuesto por una placaintensificadora de luz (scintillator) acopladamediante fibra óptica a sensores de CCD.
La placa scintillator se coloca delante de lacara activa del CCD, es la que recibe losRayos X y hace de conversor fotónico: porcada fotón de Rayos X que interacciona conla placa scintillator, ésta emite una buenacantidad de fotones del espectro visible, a
los cuales son sensibles los elementos delCCD.
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Tecnología del Detector CCD
Incidencia de los Rayos X en el Detector CCD:
La captación de la imagen con el sensorCCD es similar a la tecnología de lascámaras fotográficas digitales.
Cada sensor de imagen CCD estácompuesto por millones de pequeñossemiconductores de silicio que conformancélulas fotoeléctricas, los cuales captan losfotones de luz y los convierten a energíaeléctrica, comportándose también como
condensadores de almacenamientoeléctrico. A mayor intensidad de luz, máscarga eléctrica existirá.
El tamaño de cada célula está en el ordende 25 – 200 micras. Para la medición no seaccede directamente a cada elemento ocelda, ya que se necesitaría demasiadocableado.
El método de lectura se basa en medir la
carga de los elementos que están en lasfilas desplazándolos a una “fila o columnade arrastre”, que a su vez los desplaza a undispositivo de lectura.
Célula fotoeléctrica del sensor CCD:
(Ejemplo de Detector portátil CCD: tamaño14” x 17”, compuesto por 240 sensores CCD)
Placa intensificadora, compuesta de cristalesinorgánicos, por ejemplo Yoduro de Cesio (CsI)
Medición del CCD:
Células cargadasdel sensor CCD
Fila de arrastre Dispositivode Medición
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Detector CCD portátil para Equipo de Rayos X Estacionario convencional:
El Detector CCD portátil se utiliza con el
actual Equipo de Rayos X Estacionario sinhacer complejas modificaciones oreemplazos y se puede conectar a una PCcon un cable USB y un adaptador deenergía eléctrica.
En la siguiente figura se muestra el DetectorCCD portátil que se puede colocar en elestativo vertical o la mesa horizontal delEquipo de Rayos X.
Esta forma de digitalización permite obtenerimágenes de alta calidad, con un nivel deexposición menor comparado con la películaconvencional.
La regeneración inmediata del formato deimágenes digitales permite volver a tomarlas radiografías sin perder tiempo en elrevelado de la película convencional o lamanipulación de los casetes del CR.
Detector portátil CCD para Equipo de Rayos X Estacionario:
Detector portátil CCD
Consola delTecnólogo
Estación de Trabajodel Radiólogo
Equipo de Rayos X Estacionario Digital conDetector CCD:
El Detector CCD es único y de alta densidad,está incorporado al Equipo de Rayos X, enalgunos casos se encuentra direccionadocon el Tubo de Rayos X mediante un soportetipo “U”, tal muestra en la figura inferior. Laimagen se visualiza en una Consola ubicadaen el ambiente del pulsador de disparo.
Detecto
r CCD
Tubo de Rayos XMesa
Radiotransparente
Equipo de Mamografía Digital con DetectorCCD:
Equipo de Rayos X Digital
Equipo de Mamografía Digital
El Detector CCD está incorporado al Equipode Mamografía, al igual que el caso anterior.La consola está cercana al Equipo deMamografía.
Consola
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Tecnología del Detector de Panel Plano (FPD) – TFD/TFT de Silicio
La denominación Detector de Panel Planoderiva del término en inglés: Flat PanelDetector (FPD).
El término TFD deriva del inglés Thin FilmDiode (Diodo de película o capa fina); TFTderiva del inglés Thin Film Transistor(Transistor de película o capa fina odelgada).
Principios de Funcionamiento:El Detector de Panel Plano está compuestopor una placa intensificadora de luz(scintillator) que va adherido a una matrizTFT de silicio.
La placa scintillator está compuesta deYoduro de Cesio (CsI), es la que recibe losRayos X, convirtiéndolos en luz.
La luz es recibida por la matriz TFT, queconvierte esta señal en energía eléctrica.
Cada transistor de la matriz TFT es un pixel,su tamaño individual está alrededor de las100 micras (um).
Incidencia de los Rayos X en el Detectorde Panel Plano de Silicio Amorfo
Detector de Panel Plano portátil paraEquipo de Rayos X Estacionarioconvencional:
Estos se encuentran cubiertos de un
cassette o chasis que se colocan en el
Equipo de Rayos X, específicamente en el
Bucky de la Mesa o del estativo, en
reemplazo de las películas convencionales.
Generadordel Equipode Rayos X
Consola delDetector dePanel Plano
Detector dePanel Plano(Flat PanelDetector)
Mesa delEquipo deRayos X
Dos detectores portátiles ubicados en la Mesa yEstativo del Equipo de Rayos X
EstativoVertical
Mesa
Consola
Un detector portátil ubicado en la Mesa del Equipo deRayos X
Fotones deRayos X
Placa intensificadora (scintillator) de Yoduro deCesio (CeI)
Luz
Panel Plano de Fotodiodos (Matriz TFD)
Amplificadoresy Multiplexores
Señal eléctrica almacenada
Conversor Análogo/Digital (CAD)
Panel Plano de Silicio amorfo (Matriz TFT)
Señal eléctrica
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Equipo de Rayos X Estacionario Digital con
Detector de Panel Plano TFT de Silicio:
Equipo de Mamografía Digital con Detector
de Panel Plano TFT de Silicio:
DetectorVertical
Tubo de Rx
Mesa
DetectorHorizontal
Consola devisualización
Control
El Detector está incorporado al equipo.
Equipo de Rayos X Estacionario Digital
Equipo de Mamografía Digital
Detector
Consola devisualización
Consola
Estación deTrabajo
Equipo de Rayos X Rodable Digital conDetector de Panel Plano TFT de Silicio:
Equipo de Rayos X Rodable Digital
El caso de Mamografía es especial, porquerequiere mayor resolución que las imágenesde otras partes del cuerpo.
Los detectores de panel plano vanconectados mediante un cable directamentea una consola similar a una computadora y,mediante otro cable, se conectan alGenerador del Equipo de Rayos X, por lo
que al efectuarse el disparo de Rayos X laimagen se visualiza inmediatamente en lapantalla de la consola.
El diseño de los Equipos es similar para elsiguiente caso de detectores planos queveremos a continuación.
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Tecnología del Detector de Panel Plano (FPD) – TFT de Selenio
Principios de Funcionamiento:El Detector de Panel Plano está compuestopor una matriz TFT, que recibe los fotonesde Rayos X y los convierte directamente aseñal eléctrica.
Cada transistor de la matriz TFT es un pixel,su tamaño individual está alrededor de las50 micras (um).
El diseño de los equipos de Rayos X y deMamografía es idéntico al caso anterior dedetectores planos, solo se diferencian en eltipo de detector.
Incidencia de los Rayos X en el Detector dePanel Plano de Selenio Amorfo
Fotones deRayos X
Amplificadores yMultiplexores
Señal eléctrica
Conversor Análogo/Digital (CAD)
Panel Plano de Selenio amorfo (Matriz TFT)
Composición del Detector de Panel Plano de Selenio Amorfo
Conversión Indirecta:TFD/TFT Silicio Amorfo
Conversión Directa:TFT Selenio Amorfo
Señal eléctrica
Comparación de los dos Métodos de Panel Plano
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Factores que intervienen en la calidad de las imágenes digitales
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Existen varios factores que son importantespara tener imágenes digitales confiablespara el diagnóstico médico, entre ellostenemos:
a) Resolución Espacial
Es la capacidad de distinguir visualmenteun objeto, depende del tamaño de cadapixel (medido en micras). Cuanto más
píxel/mm posea, más pequeña es ladimensión del píxel, por lo tanto mejor serála resolución espacial.El conjunto de píxel van conformando lamatriz de resolución (puntos horizontales xpuntos verticales).La resolución espacial se mide en:
- pixel/mm- lp/mm (lp = par de líneas)- unidades de micras
- dpi (dot per inch = pixel por pulgada)
b) Resolución de Contraste
Es la capacidad de diferenciar los objetossegún su densidad (profundidad o nivelesde grises). Por ejemplo, si la imagen tiene4096 niveles de grises, le corresponde unadensidad de 12 bit (212 = 4096).
c) DQE (Detective Quantum Efficiency)
El DQE (Eficiencia en la Detección de losFotones) es la mejor medición de tipogeneral que existe hoy día para elrendimiento de la calidad de imagen de undetector.
El DQE es sencillamente la eficacia con lacual un detector capta la información
presente en una exposición de Rayos-X.
La información disponible en cualquierimagen está limitada por el número finito defotones de Rayos-X que inciden en eldetector de imágenes, lo que a su vez estárelacionado con la dosis de radiación.
Un sistema ideal de diagnóstico por imagenregistra con precisión cada fotón de Rayos-
X incidente y se caracteriza por un DQE del100%. Los sistemas de imagen realestienen siempre un DQE inferior al 100%debido a la imposibilidad de captar todos losfotones de Rayos-X incidentes y a laexistencia de fuentes de ruido internas.
Los Detectores de Panel Plano y los CCDtienen mejor DQE que los digitalizadoresCR.
Evaluación Costo/Efectividad de las Alternativas de Digitalización para EsSalud
En este análisis se determinará a partir dequé nivel de demanda es convenienteimplementar la digitalización de lasimágenes médicas en EsSalud.
Dividimos el análisis en dos casos:
I) Cuando existe en el servicio deradiodiagnóstico un Equipo de Rayos Xconvencional (analógico).
II) Cuando no existe en el servicio deradiodiagnóstico ningún Equipo de RayosX convencional o digital.
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a) Determinamos las alternativas de
solución para la digitalización deimágenes médicas y la capacidad deatención de cada una de ellas(capacidad de atención = producción deplacas/imágenes = efectividad).
b) Determinamos el costo de inversióninicial de cada alternativa.
c) Calculamos el costo operativo anual decada alternativa, en un horizonte deevaluación de 07 años (es el periodo devida útil de un equipo Digitalizador CR yde los sistemas PACS).
d) Calculamos el flujo de costos de cadaalternativa en el horizonte de 07 años,obteniendo el Valor Actual Neto (VAC)con una tasa del 11% (recomendacióndel MEF).
Metodología:
e) Elaboramos un cuadro resumen del
costo de cada alternativa en el horizontede 07 años (VAC), de manera crecientesegún la capacidad de atención.
f) Con el cuadro anterior, elaboramos lagráfica de Costo/Efectividad de todas lasalternativas, para determinar el punto deequilibrio que permita identificar a laalternativa más conveniente según lademanda de exámenes o placas
radiográficas.
Según datos estadísticos de los últimos tresaños, por cada examen radiológico seemplean 1.54 placas/imágenes.
Realizando los pasos de la metodología,obtenemos las siguientes gráficas:
S/. 0.00
S/. 200,000.00
S/. 400,000.00
S/. 600,000.00
S/. 800,000.00
S/. 1,000,000.00
S/. 1,200,000.00
S/. 1,400,000.00
S/. 1,600,000.00
S/. 1,800,000.00
S/. 2,000,000.00
10,000 12,500 15,000 17,500 20,000 22,500 25,000 27,500 30,000 32,500 35,000 37,500 40,000 42,500 45,000 47,500
C o s t o s e n
u n
H o r i z o n t e d
e
0 7
a ñ o s ( S / .
)
Cantidad de Placas/Imágenes por Año
Evaluación del Costo/Efectividad en un Horizonte de 07 Años
Determinación del Punto de Equilibrio C/E
Sin digitalización
CR
FPD/CCD
DR
(15,625 placas = 10,146 exámenes por año)
(15,313 placas = 9,943 exámenes por año)
(15,000 placas = 9,740 exámenes por año)
Caso I : Existe en el Servicio Equipo de Rayos X Estacionario convencional (analógico)
Alternativas:
portátil
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B o l e t í n T e c n o l ó g i c oE v a l u a c i ó n d e T e c n o l o g í a s e n
S a l u d
Boletin Nº 26
Edición :
Sub Gerencia de Evaluación Tecnológica
Gerencia de Planeamiento y Evaluación de Inversiones
Oficina Central de Planificación y Desarrollo
Comité Editorial :
• Dr. Victor Espada Yuffra
• Ing. Max Bonilla Ruiz
• Ing. Jorge Documet Celis
• Ing. Carlos Ordoñez Crespo• Ing. Luis Roca Maza
• Ing. Edgar Vilca Gray
Telefono : 265-6000 / Anexo 2405
Email: [email protected]
Se invita a las personas interesadasen difundir artículos tecnológicos,tenga a bien remitirlo a la siguiente
dirección electrónica:luroca essalud. ob. e
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10,000 12,500 15,000 17,500 20,000 22,500 25,000 27,500 30,000 32,500 35,000 37,500 40,000 42,500 45,000 47,500
C o s t o s e
n
u n
H o r i z o n t e
d e
0 7
a ñ o s ( S / .
)
Cantidad de Placas/Imágenes por Año
Evaluación del Costo/Efectividad en un Horizonte de 07 Años
Determinación del Punto de Equilibrio C/E
Sin digitalización
CRFPD/CCD
DR
(13,750 placas = 8,928 exámenes por año)
(15,00 placas = 9,740 exámenes por año)
(15,625 placas = 10,146 exámenes por año)
Caso II : No Existe Equipo de Rayos X Estacionario convencional (analógico) o Digital en el Servicio
Conclusiones
CASO I:
a) Es conveniente la adquisición de un nuevo
Equipo de Rayos X Digital ( DR ) en
reemplazo del Equipo analógico existente
cuando la demanda supera los 10,146
exámenes (15,625 placas / imágenes) por
año.
CASO II:
b) Es conveniente la adquisición de un nuevo
Equipo de Rayos X Digital ( DR ) cuando la
demanda supera los 8,928 exámenes (13,750
placas/imágenes) por año. A partir de dicha
cantidad, esta alternativa también es mejor en
costo/efectividad a la digitalización con CR o
up-grade con detectores portátiles FPD/CCD.
Alternativas:
portátil