El avance en aplicaciones clínicas en tomografía computarizada se ha acompañado de mejoras en herramientas de posproceso avanzado. Además de las reconstrucciones multiplanares, planares curvas, de proyección de máxima intensidad y de las reconstrucciones volumétricas, muy recientemente se ha desarrollado la reconstrucción cinemática como técnica que, basada en modelos matemáticos que simulan la de propagación de los haces de luz a través de un volumen de datos, permite obtener imágenes tridimensionales de gran realismo. En este trabajo se ilustran y comparan ejemplos de reconstrucciones cinemáticas respecto a reconstrucciones volumétricas clásicas en pacientes con patología cardiovascular, de manera que se pueden establecer fácilmente las diferencias entre ambos tipos de reconstrucción.
Conclusiónla reconstrucción cinemática es un nuevo modo de representar la imagen tridimensional, que facilita la explicación y la comprensión de los hallazgos.
Advances in clinical applications of computed tomography have been accompanied by improvements in advanced post-processing tools. In addition to multiplanar reconstructions, curved planar reconstructions, maximum intensity projections, and volumetric reconstructions, very recently kinematic reconstruction has been developed. This new technique, based on mathematical models that simulate the propagation of light beams through a volume of data, makes it possible to obtain very realistic three dimensional images. This article illustrates examples of kinematic reconstructions and compares them with classical volumetric reconstructions in patients with cardiovascular disease in a way that makes it easy to establish the differences between the two types of reconstruction.
ConclusionKinematic reconstruction is a new method for representing three dimensional images that facilitates the explanation and comprehension of the findings.
La tomografía computarizada (TC) es una de las técnicas de imagen que más se ha desarrollado durante estas últimas décadas. Entre sus aplicaciones clínicas destaca la imagen cardiovascular1. Hoy en día se puede estudiar el corazón y los grandes vasos con gran calidad de imagen. El gran detalle anatómico que consiguen los equipos más actuales también ha facilitado la visualización y valoración de vasos de muy pequeño calibre, como las arterias coronarias y las ramas pulmonares muy distales, de manera que, por ejemplo, se pueden detectar pequeños émbolos que podrían pasar desapercibidos con otros equipos2. Actualmente se pueden adquirir estudios cardiacos en menos de un latido y estudios torácicos en menos de un segundo3. Estas exploraciones se pueden obtener, además, con dosis de radiación mínimas4.
El avance en nuevas aplicaciones clínicas también requiere del desarrollo de herramientas de posproceso avanzado. Para esto son necesarias técnicas que, además de ser intuitivas y fáciles de utilizar, proporcionen información clínica que posea un impacto en el diagnóstico y manejo clínico de los pacientes.
En este artículo se presenta la reconstrucción cinemática (cinematic rendering, CR) como una nueva técnica de posproceso avanzado y se muestran ejemplos que comparan este tipo de reconstrucción respecto a la obtenida al aplicar el método de reconstrucción volumétrica (volume rendering, VR) convencional, con lo que se puede apreciar el mayor efecto fotorrealista que se consigue con la CR.
Debe recordarse que el avance en nuevas aplicaciones clínicas también requiere del desarrollo de herramientas de posproceso avanzado.
Técnicas de posproceso en tomografía computarizadaTradicionalmente, TC se ha basado en la lectura e interpretación de imágenes axiales. No fue hasta la aparición de los equipos TC multicorte y de la imagen isotrópica cuando se empezó a hablar de técnicas y herramientas de posproceso propiamente dichas5. Entre estas técnicas de posproceso destacan la reconstrucción multiplanar (multiplanar reconstruction, MPR), las reconstrucciones planares curvas (curved planar reformation, CPR), las reconstrucciones de proyección de máxima intensidad (maximum intensity projection, MIP) y las reconstrucciones volumétricas (volume rendering, VR)6. Este último tipo de reconstrucción tiene su origen en algoritmos complejos basados en la atenuación de los vóxeles que conforman la imagen. En la misma, cada vóxel contiene distintos tipos de tejido y cada tejido es representado por un determinado porcentaje en función de un umbral de atenuación predefinido, al que se le asigna un color y opacidad. Los rangos de densidades suelen mostrarse en forma de trapecio o trapezoide, con una escala gradual de colores que permite el solapamiento y mezcla de distintos rangos de atenuación. El color y opacidad final de cada vóxel depende de la suma ponderada de estos distintos valores. La simulación del comportamiento de ese volumen bajo la iluminación de un número determinado (uno a tres) de focos de luz añade el efecto “realista” que poseen las imágenes7. Dado que se utilizan todos los datos del estudio para crear la representación volumétrica, el resultado final representa de manera fiel el órgano objeto de estudio. La reconstrucción volumétrica suele emplearse, por ejemplo, para mostrar el origen y trayecto de los vasos torácicos ante la sospecha de anomalía8, para mostrar el resultado tras una intervención9 y para planificar el tratamiento quirúrgico, sobre todo en pacientes que van a ser reintervenidos6,10.
Debe recordarse que la VR se basa en algoritmos complejos basados en la atenuación de los vóxeles que conforman la imagen.
Reconstrucción cinemáticaLa CR es un nuevo método de reconstrucción tridimensional basado en modelos técnicos de propagación de la luz a través de un volumen de datos para crear una imagen 3D, con lo que se consigue mayor realismo que el proporcionado por la reconstrucción VR convencional11–14. La CR tiene su origen en la industria de los dibujos animados14. El esquema de producción de la imagen 3D es similar al utilizado por la técnica VR en cuanto a que también se basa en la asignación de colores y opacidades a los valores de atenuación de cada vóxel. La diferencia principal entre ambos tipos de reconstrucción radica en que cada pixel no se forma por el paso de un único haz de luz a través del volumen de datos, sino que el algoritmo de la CR emplea un modelo de iluminación global en el que se simula el paso de billones de fotones desde todas las posibles direcciones a través de dicho volumen, de manera similar a lo que ocurre con la luz natural. Esta interacción entre los fotones y el volumen crea píxeles que conforman una imagen de gran fotorrealismo tridimensional12. La ecuación matemática que subyace a este proceso de creación de imágenes es muy compleja y se recoge en la fórmula de integración de Monte Carlo15. El realismo final de la imagen es consecuencia de la representación del elevado rango dinámico de los mapas de luz que se utilizan para crear un entorno de mapas de luz natural. Por tanto, no es un único haz de luz por píxel lo que se toma para crear el volumen final, como ocurre en el VR, sino que son los efectos de iluminación natural que también aportan los demás vóxeles adyacentes los que se emplean para crear determinados efectos en la imagen resultante, como, por ejemplo, sombras o reflejos que proporcionan la percepción de profundidad que caracteriza a este tipo de reconstrucción11.
Para procesar las reconstrucciones cinemáticas se emplean propiedades de la imagen fotográfica, como el tiempo de exposición, apertura y plano focal, que pueden manipularse para proporcionar mayor sensación de profundidad en un volumen o para realzar algún aspecto de la imagen concreto. A estas posibilidades se les unen las propias de cualquier tipo de posproceso, como la capacidad de recortar la imagen bien mediante planos definidos o con contornos libres trazados de forma manual14.
Debe recordarse que la CR es un nuevo método de reconstrucción basado en modelos técnicos de propagación de la luz a través de un volumen de datos para crear una imagen tridimensional de gran realismo.
Aplicaciones en imagen cardiovascularLas aplicaciones clínicas de la CR son superponibles a las del VR dado que, en definitiva, son representaciones volumétricas de reconstrucciones tridimensionales. Sin embargo, poseen el valor añadido de que las imágenes resultantes proporcionan mayor sensación de profundidad y simulan la realidad de manera más fiel16.
La CR permite demostrar las relaciones anatómicas entre las estructuras vasculares con gran definición, por ejemplo, en casos de cardiopatías congénitas (fig. 1) o anomalías del drenaje venoso pulmonar (fig. 2). Además de demostrar la patología de los grandes vasos, también es un método excelente para mostrar anomalías de la vascularización coronaria (fig. 3). Desde el punto de vista quirúrgico, en pacientes intervenidos permite valorar el resultado posquirúrgico (fig. 4), y en los pacientes que requieren una nueva intervención proporciona una visión global del tórax y de las relaciones anatómicas de las estructuras de interés, que facilita el abordaje quirúrgico (fig. 5).
Angio-TC torácica en un varón de 18 años diagnosticado de cardiopatía congénita del tipo de la transposición congénitamente corregida de las grandes arterias por inversión ventricular. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. Nótese la discordancia ventrículo-arterial que presenta el paciente: del ventrículo morfológicamente derecho (VD), que presenta hipertrofia de la banda moderada (puntas de flecha), se origina la aorta (Ao).
Angio-TC torácica en una mujer acianótica de 70 años, con antecedentes de hipertensión arterial sistémica, hipercolesterolemia y fibrilación auricular paroxística. En la radiografía de tórax realizada en otro centro se describió cardiomegalia, dextroposición de la silueta cardiaca, hipoplasia del pulmón derecho y signos de hipertensión pulmonar. Se realizó una angio-TC para confirmar el diagnóstico. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. En el estudio se observó una gran vena vertical derecha a modo de “cimitarra” que recogía la sangre venosa del pulmón derecho (flechas) y desembocaba en la vena cava inferior suprahepática (puntas de flecha). Una cardio-RM realizada para establecer el compromiso hemodinámico demostró la presencia de un cortocircuito izquierda-derecha (Qp/Qs de 1,5). Tras valoración multidisciplinar, se decidió un tratamiento médico.
Coronariografía por tomografía computarizada (TC) en una mujer de 72 años con hipercolesterolemia y probable síndrome de apnea obstructiva del sueño. Asintomática desde el punto de vista cardiovascular hasta hace 7 años, cuando comienza con disnea, en la actualidad de medianos esfuerzos, que limita sus actividades cotidianas. Ocasionalmente presentaba palpitaciones rítmicas y rápidas supraesternales. Se solicitó una coronariografía por TC para descartar enfermedad coronaria. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. El estudio mostró un aumento del calibre de la arteria circunfleja, que presentaba un trayecto tortuoso, más evidente en su tercio distal. Se observó comunicación directa entre dicha arteria y la vena cardiaca mayor, antes de su desembocadura en el seno coronario (flechas). Dado que no se consideró que este hallazgo justificara la sintomatología descrita por la paciente, se decidió realizar control evolutivo.
Angio-TC torácica en una mujer de 32 años, diagnosticada de coartación aórtica en la infancia e intervenida mediante aortoplastia. Acude a revisión donde se encuentra asintomática desde el punto de vista cardiovascular. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. La angio-TC puso de manifiesto recoartación aórtica (flechas). Dada la ausencia de síntomas y de un gradiente significativo en la ecocardiografía, se decidió un manejo conservador y se indicó revisión posterior.
Coronariografía por tomografía computarizada (TC) en una mujer de 67 años en fibrilación auricular permanente y con antecedente de sustitución valvular mitroaórtica. En la revisión ecocardiográfica se objetivó imagen sugestiva de pannus subvalvular en la válvula aórtica, con velocidades aumentadas que sugerían estenosis aórtica grave. Se solicitó una coronariografía por TC para valorar el estado de las arterias coronarias antes de la intervención. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. La coronariografía por TC mostró un aneurisma del ostium y del tronco de la arteria coronaria izquierda de 45 × 47mm de diámetro (flechas), y una arteria coronaria descendente anterior (DA) de características normales, sin estenosis. La paciente fue intervenida mediante sustitución valvular aórtica con injerto valvulado, injerto con vena safena a arteria coronaria descendente anterior y anastomosis de la coronaria derecha al injerto valvulado. No se pudo localizar la arteria circunfleja durante la intervención. Se ligó el tronco de la coronaria izquierda en el origen para cerrar el saco aneurismático. La evolución posoperatoria fue satisfactoria.
Así, la reconstrucción cinemática es una técnica que proporciona mayor realismo que la VR convencional, sin detrimento de su capacidad diagnóstica (fig. 6). La CR supone un nuevo modo de representar la anatomía y de una manera mucho más intuitiva que el resto de las técnicas de posproceso que pueden emplearse en imagen cardiovascular, por lo que constituye una herramienta que facilita la explicación y la comprensión de los hallazgos en imagen y, en definitiva, la comunicación con los clínicos, cirujanos e, incluso, con los propios pacientes (figs. 7-9). Más aun, este tipo de reconstrucción puede resultar de gran utilidad para la docencia a estudiantes y residentes.
Angio-TC pulmonar en un varón de 52 años sometido a trasplante cardíaco ortotópico por miocardiopatía dilatada. Tras un mes con dolor en pierna y rodilla izquierda, acudió a su médico de cabecera por disnea. Se realizó una angio-TC para descartar tromboembolia. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. El estudio demostró tromboembolia pulmonar que afectaba a la rama pulmonar principal izquierda y se extendía a la rama lobar inferior izquierda (flechas). No se objetivó infarto pulmonar.
Angio-TC aórtica en un varón de 42 años que acudió a urgencias por dolor interescapular tras esfuerzo físico resistente a analgesia; el paciente se encontraba hipertenso a su llegada (PA 200/100mmHg). Se realizó una angio-TC para descartar disección de aorta. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. El estudio puso de manifiesto una disección de aorta DeBakey de tipo III (flechas) que se originaba distal a la arteria subclavia izquierda (puntas de flecha) y se extendía a lo largo de la aorta toracoabdominal hasta la arteria ilíaca derecha.
Venografía por tomografía computarizada (TC) torácica en un varón de 41 años, diabético, con dislipidemia y antecedentes personales de cardiopatía isquémica tratada con implantación de stents. Es valorado por síndrome de desfiladero bilateral, sintomático en el lado izquierdo, que fue intervenido mediante resección de primera costilla. Presentó un posoperatorio tórpido. Se solicitó una venografía por TC para valorar la permeabilidad de la vena subclavia izquierda debido a que en el posoperatorio presentó empeoramiento de la movilidad de los dedos asociado a parestesias y dolor en mano y antebrazo izquierdos. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. El paciente presentaba cambios posquirúrgicos en región supraclavicular izquierda tras resección de apófisis transversa izquierda y costectomía parcial de la primera costilla izquierda y ausencia de opacificación (trombosis) del tercio proximal de la vena subclavia izquierda a lo largo de unos 3,5cm (flechas). El sistema venoso distal de dicha extremidad se encontraba permeable. Era evidente la abundante circulación colateral (puntas de flecha), sobre todo en la pared torácica anterior y, en menor medida, en el lecho de resección, drenando en el tronco braquiocefálico venoso y en la vena yugular izquierda.
Cardio-TC en una mujer de 72 años con antecedentes de hipercolesterolemia e hipertensión arterial. Se le realizó ablación de flúter izquierdo y fibrilación auricular unos meses antes. En la revisión rutinaria se encontraba asintomática desde el punto de vista cardiovascular (grado funcional I de la NYHA). Se le realizó una cardio-TC como seguimiento tras el procedimiento de ablación. A) Reconstrucción volumétrica. B) Reconstrucción cinemática. Se identificaron cuatro venas pulmonares principales que drenan en la aurícula izquierda, sin anomalías del drenaje venoso pulmonar. Se observó estenosis de la vena pulmonar inferior izquierda, que presentaba un diámetro de 6 × 3 mm (flechas). Se decidió control evolutivo.
Al igual que el resto de las técnicas de posproceso, el resultado final de la imagen tras aplicar la reconstrucción cinemática depende de la calidad de las imágenes originales obtenidas en el estudio. Por tanto, es importante dedicar especial atención a ajustar los parámetros necesarios para obtener imágenes de la mejor calidad diagnóstica posible. Otra de las limitaciones de esta técnica de posproceso es que requiere ordenadores de mucha potencia, dado que los algoritmos de reconstrucción que se manejan son muy complejos. Asimismo, cada modificación, desplazamiento o rotación que se realice en el volumen de datos requiere recalcular los parámetros, por lo que las imágenes se muestran con menor resolución hasta que finaliza dicho cálculo. Así, la imagen final resultante puede tardar hasta 20 segundos en ser mostrada con toda su resolución17. Otra limitación de la técnica es que por ahora no permite realizar reconstrucciones endoscópicas que permitan navegar a través de la luz de un órgano, tráquea o vaso. Por último, la reconstrucción cinemática la proporciona un solo fabricante (Siemens Healthineers) y se emplea en una plataforma concreta (syngo.via Cinematic VRT). Actualmente, su uso está recomendado para comunicación, educación y publicación y no para ser empleado en la lectura diagnóstica.
ConclusiónLa CR es un nuevo método de reconstrucción que proporciona imágenes de gran realismo al conjugar una mejor delineación morfológica y una mayor percepción de profundidad. Estas características se traducen en imágenes de mucha calidad que simulan la realidad y que probablemente incrementen la utilidad diagnóstica respecto a la reconstrucción VR convencional, aunque su valor clínico todavía debe ser demostrado.
Autoría1. Responsable de la integridad del estudio: GB, IJG y AAB.
2. Concepción del estudio: GB, IJG y AAB.
3. Diseño del estudio: GB, IJG, VMV y AAB.
4. Obtención de los datos: GB, IJG y MCI.
5. Análisis e interpretación de los datos: GB, IJG, MCI, VMV y AAB.
6. Tratamiento estadístico: NA.
7. Búsqueda bibliográfica: GB e IJG.
8. Redacción del trabajo: GB y AAB.
9. Revisión crítica del manuscrito con aportaciones intelectuales relevantes: GB, IJG y AAB.
10. Aprobación de la versión final: GB, IJG, MCI, VMV y AAB.
Conflicto de interesesLos autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
