Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Sistema híbrido de obtención de imágenes mejora los procedimientos mínimamente invasivo

Thursday, February 9, 2006

La imagen dual tomada con el sistema híbrido de obtención de imágenes por rayos X y RM desarrollado por científicos de Stanford muestra la expansión de un “stent” mediante balón en la radiografía (imagen horizontal) y el instrumento quirúrgico y el vaso sanguíneo que el médico está tratando en la imagen por RM (imagen vertical). Imagen cortesía de Rebecca Fahrig.

La imagen dual tomada con el sistema híbrido de obtención de imágenes por rayos X y RM desarrollado por científicos de Stanford muestra la expansión de un “stent” mediante balón en la radiografía (imagen horizontal) y el instrumento quirúrgico y el vaso sanguíneo que el médico está tratando en la imagen por RM (imagen vertical). Imagen cortesía de Rebecca Fahrig.

Los procedimientos mínimamente invasivos implican la realización de pequeñas incisiones, cámaras diminutas y linternas miniatura de fibra óptica. Disminuyen los traumatismos, la pérdida de sangre y el tiempo de recuperación de los pacientes. Su éxito depende de novedosos sistemas de obtención de imágenes que revelan claramente los tejidos duros y blandos del interior del paciente.

La obtención de imágenes por rayos X y resonancia magnética (RM) son dos de las modalidades de obtención de imágenes más comunes de las que se dispone actualmente. Las imágenes radiográficas revelan materiales duros, como huesos y herramientas quirúrgicas. Sin embargo, no pueden fotografiar tejidos blandos como órganos internos y los vasos sanguíneos sólo pueden verse si se inyecta un colorante especial antes de la radiografía.

Por otro lado, la RM revela detalles intrincados de los tejidos blandos y los vasos sanguíneos pero no muestra el movimiento preciso de una herramienta en el interior de estos tejidos. Puesto que la RM y los rayos X se complementa entre sí, los médicos han querido integrar los dos tipos de técnicas de obtención de imágenes, pero una ley fundamental de la física, llamada los efectos del magnetismo sobre los electrones en movimiento, se ha interpuesto en el camino.

Recientemente, la Dra. Rebeca Fahrig, profesora asistente de radiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, y sus colegas descubrieron cómo sobrepasar estos efectos. Sus esfuerzos les han permitido conseguir un sistema de obtención de imágenes que integra completamente las dos tecnologías, RM y rayos X.

Direccionamiento de electrones

Para desarrollar el sistema híbrido, el equipo tuvo que resolver dos problemas. El primero implicó el diseño de un sistema en el que los electrones de alta energía que son necesarios para generar rayos X permanecieran en rumbo y golpearan su objetivo metálico, creando de este modo las radiografías. La Dra. Fahrig y sus colegas utilizaron equipo modificado de RM que está “especialmente indicado para la integración de los dos sistemas”, dice ella. . La mayoría de generadores de imágenes por RM tienen una bobina de alambre enrollada alrededor de un cilindro largo que abarca completamente el cuerpo de un paciente. Cuando pasa electricidad a través del cilindro, se genera un campo magnético. El sistema híbrido usa dos bobinas paralelas entre sí, con un tubo de rayos X entre ellas. Esta disposición alinea el campo eléctrico del tubo de rayos X y el campo magnético del sistema de RM en paralelo, lo que reduce las interacciones no deseadas entre los dos, dice la Dra. Fahrig.

El segundo problema - que la imagen producida por rayos X en el detector de imágenes se distorsiona antes de que se grabe la imagen - se resolvió con nuevos detectores digitales de panel plano. Estos detectores de rayos X eliminan las largas distancias que tienen que recorrer los electrones a través de un vacío en un detector convencional. Ahora, viajan menos de un milímetro a través de un medio sólido, que los hace básicamente inmunes a los campos magnéticos. “Esto significa que puede colocar el detector de panel plano en el campo magnético”, dice la Dra. Fahrig. “Esto abrió una nueva gama de posibilidades en el posicionamiento del sistema de rayos X respecto al sistema de RM”. Los médicos ya no tienen que trasladar a los pacientes decenas de metros entre los sistemas separados de rayos X y RM.

El equipo realizó una serie de experimentos para determinar cómo se verían afectados los electrones por el campo magnético en el nuevo sistema. Descubrieron que, aunque el campo magnético obstaculiza el camino de los electrones en el tubo de rayos X, no se ven afectados de manera tan importante que dañen el tubo de rayos X o no puedan alcanzar el objetivo metálico. La imagen radiográfica resultante es ligeramente borrosa, pero aún es adecuada para usos clínicos, dice la Dra. Fahrig. “En general, la colocación de los tubos en el campo magnético fue más fácil de lo que esperábamos”.

Actualización del sistema

La Dra. Fahrig y sus colegas probaron primero un prototipo de su sistema en un hospital de Stanford hace más de tres años, y desde entonces han instalado un sistema completamente actualizado. Hasta ahora, los médicos han utilizado el sistema para realizar aproximadamente 30 diferentes procedimientos, dice Fahrig.

Más de la mitad de los procedimientos implicaron la colocación de “shunts” (derivaciones) en pacientes con cirrosis hepática. En esta condición, el tejido cicatricial acumulado evita el flujo de sangre a través del hígado. Los médicos puentean el tejido dañado implantado “shunts” entre la vena porta que suministra sangre al hígado y los vasos sanguíneos del interior del órgano. El detector híbrido de imágenes permite a los cirujanos llegar casi siempre hasta el vaso sanguíneo adecuado en vez de tener que punzar el tejido hepático repetidamente para colocar el “shunt”.

Los investigadores están ahora trabajando en una máquina de última generación, dice la Dra. Fahring, con el objetivo de mejorar el tubo de rayos X, aumentar la intensidad del campo magnético, y en generadores de imágenes que puedan rotar alrededor del paciente, lo que permitirá obtener imágenes híbridas del cuerpo en cualquier ángulo. Con estas mejoras, el sistema obtendrá imágenes de manera más rápida y recopilará más información fisiológica, dice la Dra. Fahrig, lo que lo hará útil para otros procedimientos clínicos como la obtención de imágenes cardíacas en tiempo real.

La investigación del sistema híbrido de obtención de imágenes está financiada por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB), la Fundación Lucas, y cuenta con la ayuda de una colaboración con GE Healthcare.

Referencia

Fahrig R, Wen Z, Ganguly A, DeCrescenzo G, Rowlands JA, Stevens GM, Saunders RF, Pelc NJ. Performance of a static-anode/flat-panel x-ray fluoroscopy system in a diagnostic strength magnetic field: A truly hybrid x-ray/MR imaging system, Medical Physics 32, 1775-1784, 2005.