Estudio para la modificación de los parámetros en la radiografía de tórax mediante un fantoma torácico neonatal.
Artículo original: Stefan B. Schäfer, Sabine Papst, Martin Fiebich, Claudia Rudolph, Jan de Laffolie, Gabriele A. Krombach. Modification of chest radiography exposure parameters using a neonatal chest phantom. Pediatric Radiology. 2020;50(1):28–37.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00247-019-04522-1
Sociedad: The Society of Pediatric Radiology @SocPedRad
Palabras clave: chest, dosereduction - imagequality, neonate, phantom, radiography, x-ray.
Abreviaturas y acrónimos utilizados: kV (kilovoltaje), mAs (miliamperios por segundo), μSv (microsievert), Cu (cobre), Al (aluminio), ROI (region of interest), μGy (microgray) , ALARA (as low as reasonably achievable).
Línea editorial del número: la revista Pediatric Radiology informa a sus lectores de nuevos hallazgos y avances en todas las áreas de imágenes pediátricas y en campos relacionados. Esto se logra mediante una combinación de documentos originales y revisiones que describen el estado actual del conocimiento en un tema en particular. Los contenidos incluyen avances en tecnología, metodología, aparatos y equipos auxiliares presentados, y modificaciones de técnicas estándar.
Esta es la revista oficial de la Sociedad Europea de Radiología Pediátrica, la Sociedad de Radiología Pediátrica, la Sociedad Asiática y Oceánica de Radiología Pediátrica y la Sociedad Latinoamericana de Radiología Pediátrica.
Motivo para la selección: La adquisición de radiografías de tórax en recién nacidos es de importancia crítica en el diagnóstico debido al riesgo de síndrome de dificultad respiratoria y neumotórax en los recién nacidos prematuros. Por ese motivo y por la cantidad de radiografías a las que se ven sometidos estos delicados pacientes es importante saber cómo reducir al máximo la dosis a la que se les expone. Para ello en este estudio, ayudados con un fantoma, se hacen diversas adquisiciones con diferentes técnicas y valorar bajo el criterio ALARA la mejor imagen con menor dosis.
Resumen: Una reducción de la dosis mientras se preserva la calidad de la imagen de diagnóstico en un sistema digital de rayos X generalmente es posible al reducir el voltaje del tubo y la adaptación simultánea de la configuración de mAs.
El nacimiento prematuro con una edad gestacional inferior a la 37ª semana de embarazo o menos de 260 días y un peso al nacer de entre 1.000 y 2.000 g es comparativamente más frecuente gracias al constante avance de la técnica y el desarrollo del diagnóstico prenatal. Debido a la inmadurez física de los bebés prematuros, existe un mayor riesgo de enfermedades específicas de los múltiples sistemas orgánicos como el síndrome de dificultad respiratoria y el neumotórax. Como resultado, las radiografías de tórax en los niños prematuros y los recién nacidos son de importancia crítica y una de las indicaciones más comunes para la producción de rayos X en la infancia. Debido al posible daño biológico del tejido por la radiación ionizante, incluso con una sola y baja exposición a la radiación, la indicación justificante y las consecuencias terapéuticas deben ser examinadas minuciosamente antes de realizar cualquier radiografía. Dentro de esto, se debe lograr una calidad de diagnóstico con la menor exposición a la radiación.
Esto es aún más relevante en los recién nacidos y niños que en los adultos por varias razones. De acuerdo con el principio ALARA (tan bajo como sea razonablemente posible), por un lado, se debe evitar una exposición a una alta radiación durante las radiografías, pero por otro lado, se debe tener cuidado de asegurar la calidad de la imagen diagnóstica. Además, es necesario considerar la visualización óptima de la imagen, la fijación del niño y la protección gonadal. Los niveles de referencia de dosis para las radiografías de tórax en los recién nacidos preceden a la tecnología digital. Las ventajas de los sistemas de rayos X completamente digitales conducen a un rango dinámico de señal de imagen más alto y a una eficiencia cuántica más alta, relacionada con una sensibilidad de radiación más alta y la modificación de los parámetros de exposición, que ofrecen la posibilidad de una reducción significativa de la dosis. En este estudio, el enfoque fue colocar parámetros de exposición, tales como bajar el voltaje del tubo (kV) con ajuste simultáneo del producto de corriente-tiempo (mAs) y la variación en la pre-filtración para investigar la posibilidad de una reducción de la dosis mientras se mantiene la calidad de la imagen diagnóstica en las radiografías neonatales con un sistema de rayos X completamente digital, usando un fantoma torácico de rayos X neonatal.
Todas las radiografías se tomaron en un fantoma de rayos X neonatal (Neonatal Chestom Phantom Gammex 610; Gammex, Middleton, WI), que simula las características anatómicas del tórax neonatal. El fantoma de rayos X neonatal tiene las características de absorción de un recién nacido de 1.000 a 2.000 g. Este, tiene equivalentes de músculo, hueso y aire. En cada radiografía se ha utilizado un pulmón con las patologías de neumotórax y una enfermedad de membrana hialina con síndrome de dificultad respiratoria grado I. Además, se añadieron estructuras vasculares de acuerdo con las condiciones anatómicas del ser humano, fabricadas en polietileno, para evaluarlas. Las radiografías de tórax para este estudio fueron realizadas en un sistema de rayos-x completamente digital (Axiom Aristos; Siemens, Erlangen, Alemania). El tubo de rayos X tiene un voltaje máximo de 150 kV y una filtración total integrada de >2.0mm sin colimador. El detector (matriz:3,000×3,000, tamaño de píxel:143μm, formato:43cmx43cm, inclinación: -15°a 90°) tiene un cristal de centelleo de yoduro de cesio y es por lo tanto un detector de conversión indirecta. Además, el detector ha implementado un software de post-procesado sobre la posibilidad de optimizar los procesos de procesamiento de imágenes para la neonatología. Se dispone de una rejilla y una cámara IONTOMAT (Siemens). La rejilla antidispersión ha sido eliminada porque no se utiliza en los bebés.
La variación de los parámetros de exposición para el voltaje del tubo en un rango de 40-70 kV en combinación con diferentes valores de mAs entre 1,07 y 10,12 mAs se llevó a cabo tanto con como sin una filtración de cobre adicional de 0,1 mm. Las radiografías de tórax fueron creadas con una distancia constante entre el detector y el foco de 100 cm, una distancia entre el objeto y el foco de 93 cm, un tamaño de campo de 9,9×9,9 cm, un receptor animado de 400 cm, una filtración de tubo de 1 mm de Al anteroposterior con un haz central perpendicular a la mitad del esternón. Para la determinación objetiva de la calidad de la imagen, la intensidad de la señal y el ruido se determinaron primero para todas las radiografías de tórax por un valor medio de píxeles en un área de 10×10 píxeles. Para ello, en cada imagen se colocaron cuatro campos de medición (región de interés [ROI]), ROI 1 en los bronquios, ROI 2 en los vasos centrales, ROI 3 en los pulmones y ROI 4 en el corazón. Posteriormente, se determinó el contraste en la media de los valores grises de los campos de medición individuales entre dos áreas fijas y adyacentes. El contraste se determinó para todas las radiografías de tórax entre los pulmones y el corazón, así como entre los vasos centrales y los pulmones porque estas estructuras anatómicas son muy relevantes para el examen clínico de las radiografías de tórax. Como un criterio adicional para evaluar la calidad de la imagen, se calculó el contraste para las radiografías de tórax preparadas. El cálculo del contraste para las radiografías de tórax se realizó para seis pares diferentes de dos estructuras adyacentes. Se seleccionaron las siguientes estructuras relevantes para el diagnóstico clínico: 1: bronquio y vaso, 2: bronquio y pulmón, 3: bronquio y corazón, 4: vaso y pulmón, 5: vaso y corazón y 6: corazón y pulmones. Posteriormente, la relación contraste-ruido en función del voltaje del tubo para todos los valores de la relación contraste-ruido, tanto sin como con filtración adicional de cobre, se representó gráficamente.
El análisis de la imagen visual de las radiografías de tórax fue realizado posteriormente por dos especialistas en radiología con 15 y 20 años de experiencia, respectivamente, así como por un médico asistente de radiología con 3 años de experiencia en radiología pediátrica. Para ello, las 88 radiografías incluidas en el estudio fueron anonimizadas, aleatorizadas y evaluadas por separado por los tres observadores.
Siguiendo las directrices de la Asociación Médica Federal para la Garantía de la Calidad en Radiología, se utilizaron como criterios de evaluación la visibilidad de las estructuras pulmonares centrales (vasos y bronquios), la trazabilidad de los vasos a la periferia de los pulmones así como la delimitación de la enfermedad de la membrana hialina y el neumotórax. La evaluación visual de la calidad de la imagen se realizó utilizando una escala de Likerts (0- no diagnóstica, 1-poco visible, 2-moderadamente visible, 3-claramente visible).
Para cada ajuste de los 88 parámetros de exposición, se formó una suma de las valoraciones individuales de los tres observadores para los cuatro criterios de evaluación diferentes para lograr una mejor posibilidad de comparación. Todas las radiografías de tórax con al menos una mal visible o inferior fueron clasificadas como radiografías con calidad de imagen no diagnóstica para la rutina clínica y no fueron consideradas en la evaluación posterior. Además, la dosis lograda en las radiografías de tórax del fantoma con los parámetros utilizados en la rutina clínica se comparó con la dosis más baja lograda con una calidad de imagen casi aceptable. La estimación de la dosis efectiva utilizó factores de conversión y el producto de área de dosis determinado para cada radiografía.
Se utilizaron 88 radiografías de tórax para la evaluación final. Las exposiciones incorrectas ocurrieron en el rango de 57-70 kV, causadas por la fuerte sobreexposición de las imágenes. El ruido determinado para todas las radiografías de tórax en corazón, vasos, bronquios y pulmón fue mostrado gráficamente en función del voltaje del tubo y mostró una disminución de los valores a medida que la dosis aumentaba. Esto se muestra con un voltaje de tubo de 44 kV y una filtración adicional de 0,1 mm de cobre. El contraste entre el vaso y el pulmón, así como entre el pulmón y el corazón, como otro criterio de calidad de la imagen, mostró un aumento de los valores con el aumento de la dosis efectiva y el aumento del voltaje del tubo, tanto con filtración cómo sin filtración adicional de 0,1 mm de cobre.
Para la evaluación objetiva de la calidad de la imagen, - para las seis combinaciones posibles (grupos de contraste-ruido 1- 6), tanto con cómo sin una filtración adicional de cobre de 0,1 mm en función de la tensión del tubo - hay un curso digresivo de los valores para la relación contraste-ruido. En la evaluación visual, 60 de las 88 radiografías de tórax generadas en todos los ajustes de voltaje del tubo mostraron un valor en el rango de no diagnóstico o poco visible y fueron clasificadas con una calidad de imagen no diagnóstica. La delineación de los vasos en la periferia del pulmón fue la estructura anatómica con peor evaluabilidad, mientras que la clara delineación del neumotórax mostró la mejor evaluabilidad. La distribución de la frecuencia relativa del número de valoraciones en función del voltaje del tubo mostró diferencias significativas entre las radiografías de tórax con y sin filtración de cobre, y con la filtración adicional de la cobertura se observó un aumento de la calidad de la imagen evaluada visualmente con el aumento del voltaje del tubo. Sin filtración de cobre, se mostró una distribución relativamente frecuente del número de intervalos de evaluación del voltaje del tubo, con una calidad de imagen que aumentaba ligeramente al aumentar el voltaje del tubo.
En la evaluación visual de la calidad de la imagen en función de la dosis efectiva, se mostró predominantemente una reducción en la evaluación de las cuatro estructuras anatómicas seleccionadas como criterio de evaluación con el aumento de la dosis efectiva. En el caso de los bajos niveles del voltaje del tubo, fue posible observar una calidad de imagen que generalmente se mantiene constante o sólo disminuye ligeramente dentro de las etapas individuales de kV. En las radiografías de tórax, el aumento del ennegrecimiento de las imágenes se hizo visible al aumentar la dosis efectiva. En general, la evaluación visual de la calidad de la imagen reveló una distribución homogénea de las evaluaciones de las diferentes estructuras anatómicas entre los tres diferentes observadores. Esto se demuestra por la alta fiabilidad entre los evaluadores.
Posteriormente, los resultados se utilizaron para evaluar la calidad de la imagen diagnóstica en función de la dosis efectiva en μSv.
Manteniendo la calidad de la imagen diagnóstica, la dosis mínima efectiva con filtro de cobre adicional fue de 2,21 μSv, mientras que sin el filtro se alcanzó una dosis mínima efectiva de 3,94 μSv (reducción de aproximadamente el 44%). Al comparar los niveles de dosis para las radiografías de tórax en el fantoma de tórax neonatal con los parámetros (60 kV; 1,25 mAs) utilizados en la rutina clínica (8,29 μSv) y las radiografías con calidad de imagen aceptable a la dosis más baja posible (2,21 μSv), se demostró una reducción de la dosis máxima de alrededor del 73%.
El estudio actual demuestra que la reducción de la dosis es posible mientras se mantiene la calidad de la imagen. Las estructuras anatómicas del fantoma son simuladas relativamente cerca de la realidad. Sin embargo, las partes óseas se muestran notablemente demasiado densas en las imágenes de rayos X en lo que respecta a la mineralización del hueso en los recién nacidos y especialmente en los bebés prematuros. La imagen del síndrome de dificultad respiratoria grado I en las radiografías revela lesiones redondas claramente distinguibles en las zonas apicales, periféricas del pulmón, por lo que esto no refleja la realidad.
El propósito de este estudio fue lograr por medio del fantoma torácico neonatal una reducción máxima posible de la dosis, mientras se asegura la calidad de imagen diagnóstica, disminuyendo el voltaje del tubo y el ajuste simultáneo del producto de corriente-tiempo. Esto es posible gracias al uso de un sistema de rayos X digital por su alto rango dinámico y su alta eficiencia cuántica, especialmente cuando se utilizan detectores de pantalla plana, lo que permite modificar los parámetros de exposición. La selección de los parámetros de exposición se basó en los valores recomendados por la Asociación Médica Federal para las radiografías de tórax en bebés y niños en el momento de realizar este estudio. Como ajuste, se utilizaron los valores recomendados por la Asociación Médica Federal de 60-80 kV para el voltaje del tubo, una filtración adicional de aluminio de 1 mm combinada con al menos 0,1 mm de Cu, una sensibilidad de 400 y una dosis de receptor de imagen ≤5 μGy (2,5 μGy). Cuando se redujo la exposición a la radiación, el aumento de ruido en las radiografías subexpuestas fue un problema particular. Con el aumento de la dosis, se han observado valores decrecientes en el ruido, mientras que el contraste mostró un aumento en los valores. La relación contraste-ruido mostró una tendencia decreciente de los valores para las seis combinaciones posibles de contraste-ruido, por lo que sólo hay un proceso de lectura del detector que permite preservar el valor de gris y las diferencias de contraste aún con la reducción de la dosis.
A medida que la dosis aumenta, se muestra un ennegrecimiento creciente de las radiografías, debido a la característica no lineal del detector utilizado en el postprocesamiento de imágenes digitales. La dosis que impacta en el detector se transforma en una señal digital, que posteriormente se convierte en un valor gris mediante una característica no lineal adaptada al tipo de examen para lograr una mejor representación de las estructuras clínicamente relevantes.
Se lograron niveles de exposición más bajos usando la filtración de cobre adicional. Este resultado confirma las recomendaciones de la Asociación Médica Federal para investigar el tórax en los bebés sólo con el uso de la filtración de cobre. La filtración de cobre sirve para endurecer la radiación, principalmente contribuye a la retención de la radiación de baja energía, que en cualquier caso no contribuye a la imagen, y por lo tanto minimiza la exposición a la radiación. Mediante el uso de un sistema de rayos X digital, se da la posibilidad de reducir la dosis de radiografías de tórax en el neonato bajando el voltaje del tubo y ajustando los valores de mAs. En este caso, se puede lograr una calidad de imagen diagnóstica según el principio ALARA. Así, la dosis podría ser reducida mientras se mantiene una calidad de imagen diagnóstica en las radiografías fabricadas del fantoma torácico neonatal en aproximadamente 73% comparado con las radiografías tomadas en la rutina clínica de acuerdo con las recomendaciones de la Asociación Médica Federal.
La dosis puede ser reducida significativamente en las radiografías de tórax en neonatos usando un sistema de rayos X digital con calidad de imagen consistente bajando el voltaje del tubo y ajustando el producto mAs. El uso de la filtración de cobre reduce la exposición en las radiografías de tórax porque sirve para endurecer la radiación y contribuye a la retención de la radiación de baja energía.
Crítica y valoración personal: Este estudio me ha parecido muy interesante y muy útil para los profesionales que trabajamos en radiología simple especializados en pediatría. La investigación de nuevas técnicas para este tipo de pacientes tan sensibles debería ser más abundante, en mi opinión, aunque conlleve un sector muy específico de la radiología. Un estudio muy bien estructurado y con mucho contenido gráfico pese a su considerable número de muestras. Como punto flaco destacaría la imposibilidad de realizar estas pruebas con pacientes reales, ya que, por muy parecido que sea el fantoma torácico al paciente neonatal, este siempre tendrá limitaciones como por ejemplo la densidad ósea.
Beatriz Ortega Cárdenas
Hospital Universitari Sant Joan de Déu, TSIDMN
bortega@sjdhospitalbarcelona.org