Mamografia Digital 2010

7/18/2019 Mamografia Digital 2010

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fotoestimulables, que se introducen dentro de un chasissimilar al del sistema cartulina/pelı cula. La energı a de losfotones de rayos X incidentes sobre la placa es absorbida

localmente por los electrones del material, que pasan aniveles de energıa superior metaestables, donde quedanatrapados (centros F) formando la imagen latente, establedurante varias horas. Durante el proceso de lectura de laplaca, un haz de luz laser muy focalizado realiza un barrido)estimulando* a los electrones a retornar al nivel de energıamas bajo, emitiendo luz perteneciente a la zona )azul* delespectro (luminiscencia fotoestimulada).

En mamografıa, el muestreo de la lamina de fosforo selleva a cabo mediante un barrido (scan) del haz laser endireccion paralela al lado del torax, al mismo tiempo quela propia lamina se desplaza en direccion perpendicular(subscan). El tamano de pı xel queda determinado por laanchura del haz laser focalizado y la velocidad de

traslacion de la placa. El numero de fotones de luzemitidos en este proceso es proporcional al numero defotones de rayos X incidentes sobre la placa. La luz emitidaes recogida por un fotomultiplicador, donde se produce laconversion en senal electrica y su ulterior amplificacion ydigitalizacion1. En los sistemas de CR, una vez adquirida laimagen, es preciso borrar la informacion residual, cosa quese consigue normalmente mediante un barrido de todo elfosforo con un haz de luz intensa que vacı e las trampaselectronicas.

Para reducir los tiempos de lectura hasta valoresinferiores a 10 s, existen sistemas que sustituyen el barrido)punto a punto* por un barrido de )lı nea a lınea*, utilizando

una fuente de luz lineal y una fila de fotodetectores. Losdesarrollos tecnologicos en los fosforos fotoestimulables yen los sistemas de lectura permiten obtener imagenes contamanos nominales de pı xel entre 50 – 100mm, con resolu-ciones que alcanzan 8 pl/mm2.

Este tipo de DR digitales esta ampliamente extendido,debido a que, como ya se ha indicado, permite ladigitalizacion de los sistemas de mamografıa convencionalsin necesidad de cambiar los mamografos con el consiguien-te ahorro economico: basta con sustituir los chasis, con laclasica combinacion placa-pantalla, por otros que incorpo-ren en su lugar una lamina de fosforo fotoestimulable.Naturalmente sera preciso instalar equipos lectores deCR, pero incluso estos, son necesarios en un numero

relativamente reducido, dado que cada uno puede darservicio a mas de un mamografo.

Una de las principales limitaciones de estos sistemas es

que su eficiencia de deteccion de la radiacion (eficiencia dedeteccion cuantica [DQE]) es relativamente baja. Aunquelos sistemas de CR permiten obtener imagenes con dosismenores a las empleadas con los sistemas convencionales depelıcula-pantalla, la calidad de imagen a estas dosis esdiscutible. Incrementando las dosis sı se mejora la calidadde imagen, ya que el numero de fotones de rayos Xdetectados por el sistema tambien aumenta. Para mejorarla eficiencia de recoleccion de la luz se ha desarrollado unsistema de doble lectura (fig. 1) consistente en recoger laluz emitida por los fosforos por ambos lados de la placa.Distintos estudios3 en los que se evaluan los distintosDR utilizados en mamografıa indican que la DQE parabajas frecuencias mejora en un 40% en los sistemas que

incorporan la doble lectura. Es importante resenar que,actualmente, tanto el programa britanico de deteccionprecoz de cancer de mama4 como la Food and DrugAdministration (FDA) de Estados Unidos aceptanunicamente la utilizacion del sistema de CR de Fujis

Medical Systems, para los programas de deteccion precozde cancer de mama.

Sistemas digitales: detectores integrados

Los sistemas digitales (DR) llevan integrados el equipo derayos X y el detector de forma que no pueden ser utilizados

con cartulina/pelı cula. Los detectores utilizados en estossistemas pueden ser, de acuerdo con la tecnologı a utilizada,de conversion directa, conversion indirecta y de recuento defotones. En los 2 primeros casos el detector ocupa lasuperficie completa del campo de radiacion y esta formadopor el propio sistema de deteccion de los rayos X, acoplado auna matriz activa de transistores de pelı cula delgada (thin

film transistor [TFT]). En el caso del sistema de recuento defotones que se vera mas adelante, el detector no ocupa lasuperficie completa a explorar sino que realiza un barrido alo largo de la mama. En general, todos ellos tienen comocaracterısticas comunes el estar equipados con controlautomatico de la exposicion (CAE) o selector automaticode los factores de exposicion. Tambien suelen disponer de

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Tabla 1 Relacion de fabricantes y tecnologı as actualmente en uso en mamografı a digital

Fabricante Tipo de detector

Agfa CR s Radiografıa computarizadaFuji CR s Radiografıa computarizadaCarestream CR s Radiografıa computarizadaKonica CR s Radiografıa computarizada

General Electric (Senographe 2000D, DS y Essential)s Detector integrado del tipo panel plano de CsISiemens (Mammomat Novation y Mammomat Inspiration)s Detector integrado del tipo panel plano a-SeHologic (Selenia)s Detector integrado del tipo panel plano a-SeIMS (Giotto Image MD)s Detector integrado del tipo panel plano a-SePlanmed (Sophie Nuance)s Detector integrado del tipo panel plano a-SeFuji (Amulet)s Detector integrado del tipo panel plano a-SeSectra (MicroDose D40 y MicroDose L30)s Detector integrado del tipo )de recuento de fotones*

R. Torres Cabrera8

umento descargado de http://http://www.elsevierciencia.es el 19/12/2013. Copia para uso personal, se prohíbe la transmisión de este documento por cualquier medio o formato.



mecanismos de medida del espesor de mama bajocompresion.

A diferencia de los mamografos convencionales (consistema analogico de pelıcula-pantalla o con CR), en losque el CAE esta equipado con una unica camara o sensor quepuede desplazarse desde la pared costal a la parte delpezon, en estos mamografos se utiliza el propio DR comosensor del CAE, con la ventaja de que es posible identificarlas zonas mas densas de la mama y realizar la exposicion deforma que la senal en dichas zonas sea la adecuada. Por ello,los equipos realizan un pequeno predisparo antes del disparopropiamente dicho para obtener esta lectura y seleccionar

los factores de exposicion correctos.Al margen de las diferencias tecnologicas entre los

paneles de uno u otro tipo, cuyo desarrollo en los proximosanos permitira establecer sobre bases mas fundadas laeventual superioridad de una u otra alternativa paradiferentes aplicaciones, todos ellos presentan ventajasnotables entre las que cabe citar:

1. Los sistemas de panel plano producen una imageninmediata, sin procesos intermedios de revelado, de lecturani de ningun otro tipo. Hacen desaparecer los )chasis* y,con ello, permiten construir un entorno puramente digital,reducen los tiempos muertos e incrementan potencialmen-

te el rendimiento de salas y equipos.2. Pueden suponer una reduccion de dosis a los pacientes o,al menos, no un incremento, en este caso mas real que enel de los fosforos fotoestimulables, dado que la eficienciade los detectores empleados es sensiblemente mayor.

3. En cuanto a la calidad obtenida, los sistemas de panelplano compiten muy ventajosamente. Se ha dichorepetidas veces que su resolucion espacial es inferior ala de los sistemas analogicos y ello es cierto, perotambien es verdad que, debido a su muy superiorresolucion de contraste, la capacidad de deteccion depequenas microcalcificaciones es incluso mayor. Ademas,en el conjunto global son capaces de producir imagenesde calidad muy apreciable, mucho mas estable y con

posibilidades muy grandes de adaptacion a cada necesi-dad concreta.

Detectores de conversion directa

El material utilizado habitualmente en la fabricacion de estetipo de DR es un fotoconductor que convierte directamentelos fotones de rayos X en pares electron-hueco. Lacarga generada es almacenada y medida como una senalelectronica.

Los DR mas extendidos de este tipo son los DR de panel

plano que se fabrican con selenio amorfo (a-Se) comomaterial fotoconductor. El esquema de funcionamiento semuestra en la figura 2. El haz de rayos X transmitido por lamama incide sobre la capa de a-Se generando pareselectron-hueco. La carga generada es colectada aplicandoun campo electrico intenso entre un par de electrodos,situados en las superficies superior e inferior de la capa deselenio. Este metodo minimiza la dispersion lateral,garantizando una imagen de gran nitidez y mayorresolucion espacial. La carga es leıda por una matrizactiva de TFT en contacto directo con la superficie inferiordel selenio5,6.

Suelen indicarse como ventajas relativas de los sistemas

de a-Se su mayor eficiencia en la deteccion de la radiacion.Ello se debe a la mayor capacidad de interaccion del seleniocon los rayos X en las energıas tıpicas utilizadas enmamografıa (20 keV–30 keV), comparada con el yoduro decesio que, como veremos mas adelante, utilizan los sistemasde conversion indirecta como detectores de la radiacion.Esta ventaja del selenio a estas energıas se invierte aenergı as mayores, utilizadas en la radiologı a convencional(fig. 3). La limitacion clasica que se atribuye a los DR deselenio es una cierta remanencia de la imagen previamenteadquirida, asociada a la persistencia de cargas electricasresiduales una vez leı do el DR. Esa remanencia exige aplicartecnicas de borrado de la imagen previa, algo mas complejasque con otros materiales.

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Capaprotector

Capa defósforo

Soportetransparente

Fotodetector

Guíade luz

Guía de luz Fotodetector

Láser

Espejo

Figura 1 Sistema de doble lectura de fosforo fotoestimulable.

Mamografı a digital: estado actual de la tecnologıa 9




Recientemente, Fujis ha lanzado al mercado un nuevodetector digital tambien basado en el a-Se como sistema dedeteccion de los rayos X. La novedad de este DR es elsistema de lectura que, en este caso no es una matriz activade TFT. En su lugar lleva una segunda capa de a-Se que sirvecomo sistema de lectura de la imagen latente detectada porla primera capa y depositada en un electrodo intermedio.

Esta segunda capa dielectrica se activa mediante luz (elselenio es igualmente fotoconductor con las frecuenciasvisibles del espectro de radiacion electromagnetica) y lasenal electrica obtenida se recoge mediante un sistema delıneas y un conversor analogico-digital. El esquema delsistema puede verse en la figura 4.

Se argumentan como ventajas el que toda la superficie delos pı xeles sea zona activa y no existan zonas muertas, comosucede en los sistemas que utilizan matrices de TFT, ya quela pequena superficie que ocupa el sistema de almacena-miento de la carga electrica (condensador y TFT) en cadapı xel no es sensible a los fotones de rayos X. El cocienteentre la superficie util de deteccion y la superficie real delpıxel es lo que se conoce como factor de llenado. Este

argumento si bien resulta claro para los sistemas de

deteccion indirecta, no es tan claro para los sistemasbasados igualmente en el selenio, ya que las lı neas de campoelectrico dirigen los pares electron-hueco al electrodoinferior y evitan las zonas muertas del elemento deldetector. Otra ventaja que tambien se argumenta es lavelocidad del sistema de lectura utilizado, que permiterealizar disparos consecutivos en tiempos muy cortos.

Detectores de conversion indirecta

El funcionamiento de estos DR se basa en un doble procesode conversion. Los fotones del haz de rayos X sonprimeramente convertidos en fotones de luz y, en segundo

lugar, los fotones de luz en senal electrica. Como detectorprimario del haz de rayos X, se utiliza una capa dematerial centelleante (CsI: Tl). El yoduro de cesio, bienconocido por su empleo en intensificadores de imagen,emite luz al absorber radiacion de rayos X. Por detras deldetector en sı, se coloca una capa de silicio amorfofotoconductor, cuya mision es transformar la luz, produ-cida en la lamina fluorescente, en cargas electricas. Talescargas, del mismo modo que en el panel de selenio, sonmedidas localmente por cada uno de los TFT que constituyenla matriz electronica activa, dando lugar a un valorproporcional a la cantidad de radiacion incidente. Los panelesde silicio amorfo no producen carga electrica directamente a

partir de la interaccion de los rayos X con el detector, sinoque utilizan una fase intermedia en la que la energıaabsorbida en dicha interaccion se transforma en luz y, luego,esta en carga7,8. Evidentemente, ambos procesos tienenlugar dentro del propio panel y son practicamente instanta-neos, de modo que para el usuario resultan en muchosaspectos equivalentes (fig. 5).

Suele argumentarse como desventaja de estos paneles, laexistencia de ese paso intermedio que, ademas, debido a laintervencion de fotones de luz, puede dar lugar a fenomenosde difusion lateral que tienden a limitar la resolucion espacialdel conjunto. Para corregir en gran medida la dispersionlateral de la luz se utilizan laminas de yoduro de cesioestructuradas en columnas de pocas micras de diametro,

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C o e f i c i e n t e d e a t e n u a c i ó n ( c m – 1 )

103

102

101

100

Energía rayos (keV)

Mamografía

aSeCsl

10 20 30 40 50 60 70 80 100120150

Radiología

Figura 3 Respuesta en energıa del coeficiente de atenuacion ala radiacion para el selenio y el yoduro de cesio.

Rayos X

+

–

Fuente dealimentaciónproglamable

Línea de puerta

D2

– + + –

– – –

Selenio

D3 D4 Dn

G G G G

++ +

Electrodo superior

Capa dieléctrica

Mat. fotoconductor

Bloqueo de electrones

Electrodo recolector de carga

Thin-Film transistor

Condensador

Figura 2 Detectores de conversion directa. Esquema de funcionamiento de un detector de panel plano de selenio amorfo.

R. Torres Cabrera10




apiladas lateralmente. Con esta estructura en agujas sereduce de manera muy importante la dispersion lateral deluz, mas aun si se tiene en cuenta el tamano de cada pı xel, de100mm de lado. Ademas, el buen acoplamiento entre la capade yoduro de cesio y la matriz de silicio amorfo permiteobtener un sistema con una DQE muy elevada y, por tanto,una eficiencia muy buena. A ello contribuye tambien eltamano de pıxel elegido, que si bien limita la resolucion

espacial maxima a 5 pl/mm, tambien permite mejorar laresolucion de contraste al reducir el ruido cuantico en cadapı xel de la imagen, debido al aumento de la superficie dedeteccion de cada pı xel.

Detectores de recuento de fotones

Los DR descritos hasta ahora se basan en la recoleccion de lacarga producida por los rayos X incidentes en cada uno de loselementos del detector ()del*) y su posterior digitalizacionpara formar un elemento de la imagen. Operan, por tanto,como detectores integradores de energıa, es decir, laimagen resultante esta relacionada con la energıa total

absorbida por el material detector durante la interaccion delos fotones de rayos X en cada uno de los )del*. Los DR derecuento de fotones se basan en el recuento individual(foton a foton) de los fotones de rayos X incidentes. En elsistema hasta ahora comercializado (Sectras) se utiliza unhaz de rayos X muy diafragmado en direccion lateral porcolimadores de rendija muy estrechos (50 mm). El DR queabsorbe directamente los fotones de rayos X incidentes es

de estado solido, en concreto de silicio cristalino. Estadividido transversalmente por placas de aluminio de 10 mmde longitud, dispuestas con una separacion de 50mm. Laanchura de la colimacion del haz de rayos X, junto con laseparacion entre placas, determina el tamano final del pı xel(50mm50mm) (fig. 6). El conjunto de detectores sedesplaza lateralmente durante el proceso de adquisicionde la imagen para cubrir el area completa de la mama. Lasplacas de aluminio actuan como electrodos entre los que seaplica una diferencia de potencial, de forma que la cargaoriginada por los rayos X en cada interaccion que tiene lugaren el material dentro de las placas es colectada y convertidaen un pulso que es contabilizado9,10. Existen otros DR deeste tipo que utilizan un gas noble a muy alta presion como

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Matriz desilicio amorto

Soporte

Centelleador

Fotones RX

Datos digitales

D e t e c t o r

Yoduro de cesio (Csl)

Luz

Panel silicio amorfo(fotodiodo/matriz TFT)

Electrones

Electrónica de lectura

(Csl)

Figura 5 A) Estructura de un panel plano de silicio amorfo con sus componentes fundamentales. B) Proceso esquematico deadquisicion de imagenes en un panel plano de conversion indirecta.

Electrodo superior

Capa de detección

de rayos X

Electrodo intermedio

Capa de lecturade la imagen latente

Electrodo inferior

Selenio

Selenio

Rayos X

Luz

Figura 4 Detector de conversion directa de Fujis. Esquema de funcionamiento de un detector de panel plano de selenio amorfo sinmatriz de TFT como sistema de lectura.





material DR. Los iones generados en el gas se utilizan paraproducir el pulso11.

Una de las ventajas de los DR de recuento de fotones tieneque ver con el menor ruido del sistema. Efectivamente elruido esta unicamente asociado con las fluctuaciones delnumero de fotones que interaccionan con el detector y no conlos procesos de conversion y puede llegar a ser un orden demagnitud inferior que el de los sistemas digitales ante-

riormente vistos

12

. El ruido, ademas, puede ser eliminadofacilmente poniendo un valor umbral al sistema de deteccion,haciendolo practicamente cero. Ademas, en este sistema decontador de fotones, tanto los fotones de baja energıa, masimportantes en el contraste de la imagen, como los de masalta energı a tienen un mismo peso en el balance final. Sinembargo en el resto de sistemas que acumulan la energı a quellega a cada )del*, los fotones de baja energı a tienen un pesoinferior en el balance final.

Por todo ello, estos sistemas son muy eficientes y danlugar a importantes reducciones en las dosis impartidas, quepueden llegar a ser en torno a un 50% inferior13 del valordeseable, definido para una mama de 4,5cm en las guıaseuropeas14. Sin embargo, uno de los inconvenientes que

pueden tener este tipo de sistemas tiene que ver tambiencon las dosis, ya que no es posible incrementarlas de manera

significativa para mejorar la relacion senal-ruido (SNR) sinsaturar el sistema contador de fotones. Ello puede serespecialmente crı tico en las zonas laterales de la imagen(principio y fin del barrido), donde por las propiasdimensiones fısicas del detector las dosis son inferiores ala zona central15 y puede verse comprometida la SNR (fig. 7). Para minimizar este efecto, se han reducido en loposible las dimensiones fısicas del DR en el modeloactualmente comercializado (Sectra MicroDose L30).

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener ningun conflicto de intereses.

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Fotón rayos X

Huecos

Electrones

+100v

24 cm

Placas aluminio50µm0,5 mm

Rayos XCompresor

Haz rayos X

Elementosdetector sicilio

Colimador post-paciente

Colimador pre-paciente

Figura 6 A) Modo de funcionamiento de un detector de recuento de fotones. El haz de rayos X, el precolimador, el poscolimador y eldetector barren la superficie de la mama de izquierda a derecha. B) Esquema del proceso de lectura con la formacion de pareselectron-hueco.

Campo de radiación

120

100

80

60

40

20

0

–150 –50 50 150

Distancia (mm)

D o s i s T L D

( u a )

Figura 7 Valores de dosis normalizados a lo largo del barridodel sistema Sectra MicroDose D40.

R. Torres Cabrera12




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