Equipos multienergía y contraste yodado

Resumen

La TC espectral adquiere imágenes con dos espectros energéticos diferentes, ya sea mediante emisión o detección. Esto permite diferenciar materiales basándose en el análisis del efecto fotoeléctrico de cada material (que predomina en los fotones de baja energía) y del efecto Compton (predominante en los fotones de alta energía).

El yodo y otros materiales con número atómico alto se visualizan con mayor densidad en los mapas monoenergéticos a bajas energías, debido a la influencia del efecto fotoeléctrico, que tiene una relación directa con el valor Z.

Debido al comportamiento del yodo en los mapas espectrales, el radiólogo puede optimizar el uso del contraste yodado en estos equipos. Esto permite adquirir imágenes con menor dosis de radiación y menor cantidad de contraste yodado para obtener los mismos valores de la TC, e incluso reducir el flujo de administración de contraste, especialmente útil en pacientes con mal acceso venoso. Además, en los estudios subóptimos por la mala opacificación del contraste, tiene la capacidad de mejorar la resolución y evitar repetir estudios.

Abstract

Spectral CT acquires images with the emission or detection of two separate energy spectra. This enables material decomposition due to the photoelectric effect (prevalent in low-energy photons) and Compton scattering (prevalent in high-energy photons).

Iodine and other materials with high atomic numbers appear more hyperdense on low-energy monoenergetic images because of the direct relation between the photoelectric effect and the Z value.

Given the way iodine behaves on spectral maps, radiologists can optimise the use of contrast media in these CTs, thus allowing lower doses of radiation and lower volumes of contrast media while achieving the same CT values and even enabling lower contrast flow rates, which is especially helpful in patients with poor vascular access. Moreover, in suboptimal diagnostic cases caused by poor contrast opacification, the resolution can be improved, thus avoiding the need to repeat the study.

Introducción

Antes de conocer las peculiaridades del contraste yodado en los equipos de energía dual, espectrales o multienergía, se debe entender qué son exactamente dichos equipos y sus diferencias con la tomografía computarizada (TC) convencional¹.

La TC convencional utiliza un espectro simple de rayos X que permite diferenciar los tejidos por su atenuación, expresada cuantitativamente en unidades Hounsfield (UH)². Sin embargo, presenta una limitación: a una determinada energía dos estructuras distintas pueden presentar el mismo coeficiente de atenuación y no es posible diferenciarlas.

Basándose en el principio de que cada tejido se comporta de manera distinta a diferentes energías, se han desarrollado los equipos de TC multienergía^3,4. El concepto de la doble energía se fundamenta en el uso de dos espectros de energía de rayos X, uno a bajo kilovoltaje y otro a alto kilovoltaje. La forma de adquisición de estos datos varía según el fabricante, pueden ser basados en la emisión o en la detección de fotones⁵.

De esta forma, la TC dual permite diferenciar materiales basándose en el análisis del efecto fotoeléctrico de cada material (que predomina en los fotones de baja energía) y del efecto Compton (predominante en los fotones de alta energía)⁶. Mientras que el efecto Compton depende de la densidad electrónica del material, el efecto fotoeléctrico tiene una relación directamente proporcional al número atómico del tejido (Z) (fig. 1).

Figura 1.

Diagrama comparativo sobre el efecto fotoeléctrico y efecto Compton en distintos materiales. Se observa que el yodo, debido a su alto número atómico (Z), presenta mayor efecto fotoeléctrico a bajas energías.

Todos los equipos ofrecen distintas técnicas de posproceso, como la obtención de las imágenes virtuales monoenergéticas (VMI) e imágenes de la descomposición de materiales (sustrayendo o no el contraste yodado, ácido úrico, etc.), entre otros^4,7.

Los mapas VMI simulan imágenes como si hubieran sido obtenidas con un único espectro de energía con un rango de 35-200 keV. El valor de atenuación a 70 keV equivale a una TC convencional realizada a 120 kVp⁸. El mapa más relevante con respecto al yodo, y por tanto contrastes yodados, es el VMI a bajas energías (40-50 keV). Es importante recordar que, en dichas imágenes, el yodo se visualiza con mayor densidad, debido a la influencia del efecto fotoeléctrico, que tiene una relación directa con el valor Z (fig. 2), por lo que son muy útiles en los estudios vasculares y también en la detección y delineación de tumores^9,10. Debido al comportamiento del yodo en dichos mapas, el radiólogo puede optimizar el uso del contraste yodado en estos equipos (fig. 3).

Figura 2.

Las imágenes monoenergéticas virtuales (IMV) permiten analizar el estudio simulando que se hubiera realizado en un solo nivel de energía. Nótese como la IMV a 40 keV potencia la densidad del yodo, lo cual es debido al efecto fotoeléctrico.

Figura 3.

Varón de 80 años con adenocarcinoma de páncreas estadio IV. TC reevaluación. A y B) Imágenes convencionales de TC axial en fase venosa. C y D) Imágenes monoenergéticas a baja energía (45 keV), donde se aprecian defectos de repleción en las arterias pulmonares compatibles con tromboembolismo pulmonar agudo (flechas), que apenas son visibles en la TC convencional (flechas).

El objetivo de este artículo es dar a entender el particular comportamiento del yodo en los equipos multienergía, así como mostrar los beneficios que aportan en la optimización del contraste yodado.

Optimización del contraste yodado

Cuando se habla de optimización de los contrastes yodados en equipos espectrales, se deben tener en cuenta varios factores: aquellos que dependen del paciente, los que dependen de la TC y, por último, los relativos al propio contraste yodado intravenoso (CIV)¹¹ (fig. 4). Este artículo se centra únicamente en los relacionado con el CIV.

Figura 4.

Factores a tener en cuenta para optimizar el contraste yodado en los equipos espectrales. Los factores dependientes del paciente no son modificables por el radiólogo, sin embargo, sí lo son los que dependen de la TC y del propio contraste yodado.

En lo que se refiere al contraste hay varios conceptos que es necesario entender antes de hablar de optimación. La definición de cada uno se explica en la tabla 1.

Tabla 1.

Definición de conceptos sobre el medio de contraste yodado

Contraste yodado
Volumen del medio de contraste	Son los mililitros de contraste que se administra al paciente
Concentración de yodo	Son los miligramos de yodo por mililitro de contraste (mg/ml)
Velocidad/flujo de administración	Se mide en mililitro/segundo (ml/s)
Dosis de yodo	Es la cantidad de yodo efectiva que ingresa en el paciente. Esta cantidad y la forma de calcularlo varía según sea un estudio vascular o no:1. Vascular. En los vasos el parámetro determinante es la entrega total de yodo (g l/s) o IDR (Iodine Dose Ratio)Entrega Total de Iodo = [Contraste] × Velocidad MC × Conversión mg en gEjemplo: 1,85 g de yodo = 370 mg/ml × 5 ml/s × 1/1000 g/mg2. No vascular. En órganos sólidos el parámetro determinante es la carga total de yodo (g/l) o TID (Total Iodine Dose)Carga Total de Iodo = [Contraste] × Volumen MC × Conversión mg en gEjemplo: 44 g de yodo = 370 mg/ml × 120 ml × 1/1000 g/mg
Ejemplo	120 ml (volumen) de iopromida 300 (concentración) a 3 ml/s (velocidad)(entrega total de yodo 0,9 g) (dosis de yodo de 36 g)

Volumen del contraste yodado y dosis de radiación

Una de las ventajas de la utilización de las imágenes monoenergéticas a bajo nivel de energía es la posibilidad de disminuir el volumen de contraste yodado, comparado con la TC convencional¹². Si bien es un tema controvertido, esto podría ser especialmente útil en pacientes con deterioro de la función renal^13,14.

El uso de VMI a bajo keV (40-80 keV) en los estudios realizados con menor cantidad de contraste se ha validado en estudios de angio-TC de diferentes estructuras anatómicas: craneocervical, cardiopulmonar, aorta, abdomen y extremidades^10,15–17.

Existe menos evidencia sobre este abordaje para el estudio de órganos sólidos o víscera hueca, si bien también se ha validado por algunos autores, sobre todo en los análisis del hígado^18–20.

Se debe tener en cuenta que el protocolo de reducción del volumen del contraste para la obtención de un estudio diagnóstico adecuado puede variar según la TC espectral. Por ello, para su optimización y empleo de valores de yodo en los diferentes mapas, es importante conocer de qué equipo se dispone^21,22.

Shuman et al.²³ demostraron que para los estudios de angio-TC de aorta en los equipos de rapid kV switching utilizando los mapas VMI a 50 keV es posible disminuir el volumen de yodo un 50%, con un CNR comparable a la dosis estándar en el equipo convencional a 120 kVp. Tsang et al.²⁴ también objetivaron que era posible una reducción del 50% del volumen usando VMI a 50 keV con equipo espectral de doble fila de detectores comparado con la imagen policromática a 120 kVp.

Es importante recordar que una disminución significativa del nivel de energía en los VMI incrementa el ruido de la imagen, si bien gracias a los métodos de inteligencia artificial, como es la reconstrucción iterativa, es posible mejorar la ratio contraste-ruido (CNR)²⁵. El empleo de la reconstrucción iterativa para la reducción del ruido no modifica los valores de densidad de yodo del estudio²⁶. En la práctica, el CNR óptimo para el yodo es variable según el equipo espectral y ocurre en VMI 40-70 keV^27,28. La última generación de TC espectral, como es la TC photon-counting, mitiga este problema ya que por su innovadora tecnología reduce de forma muy significativa el ruido de la imagen y mejora el CNR²⁹.

Es preciso saber que la dosis de radiación afecta inversamente a la atenuación del contraste yodado. Según Yu et al.³⁰, la atenuación de yodo a 80 kV es aproximadamente un 70% mayor que a 120 kV. A pesar de ello, la reducción de la dosis de radiación no genera diferencias estadísticamente significativas en la cuantificación correcta del yodo y valores de atenuación en VMI, únicamente si las dosis son mínimas (< 10 mGy)³¹.

Para pacientes delgados y algunos estudios angiográficos, la reducción de la dosis de radiación puede ser de un 20-50%³². Sin embargo, para los pacientes con mayor índice de masa corporal u otro tipo de estudios, la calidad de la imagen puede verse afectada si se disminuye en exceso la radiación³³.

Dado que la reducción de dosis en los equipos multienergía no es una tarea fácil y requiere tiempo y una curva de aprendizaje, varias casas comerciales han desarrollado estrategias para la selección automática de la dosis óptima de radiación, que tienen en cuenta el peso del paciente, el volumen de contraste y el ruido de la imagen, entre otros factores.

Vasconcelos et al.³⁴ concluyeron que es posible disminuir más del 60% de volumen de contraste, al emplear un método automático con un protocolo que incorpore el peso del paciente y la dosis de radiación de la TC. En el trabajo de Nakayama et al.³⁵ para angio-TC de aorta, demostraron que disminuyendo la dosis a 90 kV y el volumen de contraste a 40 ml, existía una mejoría de la densidad de la aorta con unos valores de atenuación de más de 200 UH en el 89,5% de los pacientes, comparado con el protocolo estándar de 120 kV y 100 ml de contraste yodado.

Por otro lado, la TC espectral permite reducir la dosis de radiación ya que dispone de un mapa de eliminación del contraste de forma virtual (VNC) y, por ello, en muchas ocasiones se puede obviar la realización de una fase sin contraste³⁶, aunque hay que recalcar que este mapa VCN no es perfecto, y a veces no sustrae de forma completa el contraste; por ejemplo, cuando la concentración de yodo es muy alta (aorta)⁸.

Concentración y dosis de yodo

En la literatura, hay estudios que afirman que el aumento de la concentración de yodo del medio de contraste aumenta la atenuación de las estructuras vasculares y el parénquima de los órganos sólidos^37,38. Sin embargo, en ambos trabajos, se administró el mismo volumen de contraste tanto para las concentraciones de 400 mg yodo/ml como de 370 mg yodo/ml, respectivamente, y por tanto los resultados no son comparables. Para que los resultados sean fiables se debe mantener fija la dosis total de yodo (TID) y la entrega total de yodo (IDR).

Otros autores que sí mantuvieron fijas la TID y IDR demuestran que no existen diferencias estadísticamente significativas a diferentes concentraciones de yodo^39–41. Sin embargo, hay que puntualizar que en dichos trabajos el grupo de casos y controles no era el mismo. El problema en comparar pacientes distintos reside en la variabilidad interpersonal, ya que la edad, el IMC o el gasto cardiaco influye también en el realce de las estructuras⁴².

El grupo de Behrendt⁴³ realizó una comparación intraindividual, manteniendo fijo el IDR y TIR, y no demostraron diferencias estadísticamente significativas.

Estos trabajos previamente descritos se realizaron con equipos de TC convencional. No existe suficiente literatura al respecto en las TC espectrales, pero este concepto es igualmente aplicable. Se podría pensar que dado que la TC espectral potencia la densidad del yodo en las VMI a baja energía, no sería necesario utilizar contraste con alta concentración de yodo. Esto se debe tomar con cautela ya que no hay suficiente bibliografía de calidad al respecto.

Una manera de estandarizar la concentración de yodo en cada paciente es normalizar los valores de atenuación de la lesión a estudio con la aorta o en resto del órgano de dicho paciente. A pesar de ello, la normalización podría no ser siempre fiable como puede ser el caso de insuficiencia cardiaca, al normalizar con la aorta, o infiltración del órgano como en la esteatosis hepática⁴⁴.

En definitiva, a pesar de que la optimización del contraste yodado en equipos multienergía es un tema complejo porque depende de muchos factores, existen soluciones que ayudan considerablemente, como son los sistemas de inyección automáticos. De esta manera, el inyector selecciona automáticamente el flujo de contraste y el volumen ajustado al protocolo, duración de la hélice y peso del paciente (puede variar según el modelo). Por tanto, si se cambiara la concentración del contraste y por ejemplo se pasará de utilizar 370 a 300 mg/ml o viceversa, se mantendría constante la tasa de entrega de yodo manteniendo la reproducibilidad en todos los pacientes.

Velocidad del contraste yodado

Los pacientes con mal acceso venoso, normalmente debido a edad avanzada, comorbilidades asociadas y venas de pequeño calibre, tienen más riesgo de extravasación de contraste, sobre todo si el flujo de administración del mismo es alto^45,46.

Como se ha comentado previamente, una de las ventajas de las VMI a baja energía es aumentar la densidad del yodo y aumentar el contraste entre estructuras. Por ello, gracias al empleo de este mapa, es posible disminuir la velocidad de administración del contraste y aun así obtener un estudio diagnóstico⁴⁷ (fig. 5).

Figura 5.

Varón de 92 años con mal acceso venoso al que se le realiza una angio-TC aorta a una velocidad de administración del contraste yodado de 3 ml/s. A) Imagen axial que resulta en fase venosa, subóptima. B) Imagen monoenergética virtual a 45 keV, mejoría significativa de la opacificación vascular.

Tiempo de adquisición del estudio

El tiempo de adquisición del estudio suele ser menor en los equipos espectrales comparado con la TC convencional. Esto es importante tenerlo en cuenta ya que de lo contrario puede ocurrir que, si la inyección de contraste es demasiado larga, el paciente continúe recibiendo contraste una vez finalizado el estudio. En dichos casos, la fase obtenida no será adecuada y se producirá un gasto innecesario del medio de contraste¹¹.

Conclusión

Los equipos de TC multienergía disponen de mapas espectrales que mejoran la valoración del realce de las estructuras de forma cualitativa y cuantitativa, comparado con la TC convencional. Debido al efecto fotoeléctrico del yodo, los contrastes yodados presentan un comportamiento específico y por ello el radiólogo puede optimizar el uso del contraste yodado en estos equipos, siendo posible disminuir el volumen y la velocidad del contraste, así como la dosis de radiación, entre otros.

Autoría

• 1.

  Responsable de la integridad del estudio: AVC

• 2.

  Concepción del estudio: AVC

• 3.

  Diseño del estudio: AVC

• 4.

  Obtención de los datos: AVC

• 5.

  Análisis e interpretación de los datos: AVC, ECL, CSB, JAR

• 6.

  Tratamiento estadístico: No hay

• 7.

  Búsqueda bibliográfica: AVC, ECL, CSB, JAR

• 8.

  Redacción del trabajo: AVC

• 9.

  Revisión crítica del manuscrito con aportaciones intelectualmente relevantes: AVC, ECL, CSB, JAR

• 10.

  Aprobación de la versión final: AVC, ECL, CSB, JAR

Financiación

El presente trabajo no ha recibido ayudas específicas provenientes de agencias del sector público, sector comercial o entidades sin ánimo de lucro.

Conflicto de intereses

Todos los autores declaran que no hay conflictos de intereses.