La tomografía computarizada de doble energía: ¿para qué la quiero?

Resumen

La tomografía computarizada con energía dual (TCED) es uno de los campos más novedosos y atractivos en la radiología actual. La posibilidad que tienen los equipos de última generación de adquirir estudios con distintos espectros de rayos X facilita la caracterización de determinados elementos químicos y, se adentra en el campo del análisis funcional al permitir detectar alteraciones funcionales en ausencia de anomalías morfológicas o densitométricas. La capacidad de caracterizar estos elementos está permitiendo generar nuevas aplicaciones en la práctica clínica y modificar nuestra forma de trabajar. El objetivo de este artículo es explicar en qué consisten los estudios de TCED, qué tipos de técnicas existen para realizarlos, cuáles son sus ventajas e inconvenientes y qué se espera de ellos en un futuro.

Abstract

Dual-energy CT is one of the newest and most attractive fields in radiology today. New generation scanners can acquire datasets with different X-ray spectra, which facilitates the characterization of certain chemical elements, making it possible to detect functional alterations in the absence of morphologic or densitometric anomalies. The capability of characterizing these elements is enabling new applications to be developed for clinical practice and changing the way we work. The aim of this article is to explain what dual-energy CT studies are, the techniques available for performing them, the advantages and disadvantages of these studies, and what we might expect from this field in the future.

Introducción

En las últimas 2 décadas, el desarrollo de los equipos de tomografía computarizada (TC) multidetector ha proporcionado una mejora en el diagnóstico, pero siempre en el contexto del análisis morfológico de las imágenes. Desde el año 2006, la TC ofrece la posibilidad de adquirir datos con distintos espectros de rayos X, lo que se conoce como TC con energía dual (TCED). La TCED es una nueva herramienta diagnóstica que implica un cambio sustancial en el diagnóstico, porque permite caracterizar determinados elementos químicos y, con ello, detectar alteraciones en ausencia de anomalías morfológicas o densitométricas. Con los equipos actuales, no se pueden caracterizar todos los elementos, únicamente aquellos que presentan una marcada diferencia de atenuación a distintos kilovoltajes. El aire, el agua y la grasa tienen un coeficiente de atenuación similar a distintos kilovoltajes y, no son susceptibles de ser diferenciadas con ED. Sin embargo, el iodo, el calcio, el ácido úrico, el xenón y el gadolinio presentan una importante diferencia de atenuación y pueden ser caracterizados. Por ello, son varios los interrogantes que actualmente se plantean respecto a la TCED y, se necesitará tiempo para conocer cuál es exactamente su utilidad. Después de 2 años trabajando con una TC de doble fuente y, apoyándonos en lo publicado previamente, en este artículo intentaremos dar respuesta a preguntas como qué sustancias se pueden diferenciar con la energía dual (ED), cuál es su utilidad práctica actual, si es una técnica que radia más, o qué se puede esperar en un futuro próximo. Nuestro objetivo será explicar en qué consisten los estudios de TCED, qué tipos de técnicas existen para realizarlos, cuáles son sus ventajas e inconvenientes y qué se espera de ellos.

Energía dual y tomografía computarizada

La ED se basa en que la absorción de rayos X depende de la energía del haz y, cualquier elemento tiene una atenuación diferente a 80 kV que a 140 kV. Esto permite clasificar los elementos analizando la diferencia de atenuación con cada espectro de energía¹. Para ello, es necesario generar rayos X con distintas energías, o alternativamente, que el detector sea capaz de separar los fotones de distintas energías del espectro de rayos X.

Los enfoques actuales de la ED en la TC son la TC de doble fuente, la conmutación rápida del kilovoltaje y los detectores sándwich o multicapa^1,2.

Tomografía computarizada de doble fuente

Consiste en 2 tubos de rayos X, cada uno con sus respectivos detectores, colocados de forma perpendicular en el gantry. Cuando los tubos trabajan con diferente energía se hace una adquisición con ED. La ventaja es que la corriente del tubo (miliamperios) se puede ajustar por separado, lo que implica un nivel de ruido similar en los 2 conjuntos de datos. El tubo de 80 kV utiliza una corriente 4-5 veces mayor que el de 140 kV. Los últimos equipos incorporan un filtro de estaño en el tubo de alta energía que permite eliminar los fotones de baja energía del haz de rayos X, así se reduce la radiación y se consigue un mejor análisis espectral.

Conmutación rápida del kilovoltaje

Emplea un solo tubo y una fila de detectores. Durante el giro, el tubo va modulando rápidamente la tensión, produciendo de forma alternativa espectros de baja y alta energía. La ventaja es que puede realizarse con menor coste, ya que solo necesita un tubo. Además, teóricamente la descomposición del material es más segura y con menos artefactos. Como desventaja, la separación espectral es peor y puede ser difícil cambiar la corriente del tubo, dando lugar a un alto nivel de ruido en las imágenes de baja energía.

Detectores sándwich o multicapa

Utiliza 2 capas de detectores superpuestas y un único haz de rayos X a la energía habitual. Los fotones de baja energía se absorben en la hoja superior del detector, mientras que los fotones de alta energía se recogen en la capa inferior del detector. La ventaja es que solo necesita el tubo estándar; la desventaja es que la diferencia entre los espectros de rayos X es menor.

Aplicaciones clínicas de la energía dual

Hoy en día, las aplicaciones clínicas desarrolladas son aquellas que se derivan de la caracterización de los elementos que la ED puede determinar. Se puede sustraer el iodo de una TC realizada con contraste y obtener los estudios «sin contraste virtual», o podemos extraerlo generando mapas en los que solo se muestra el iodo y, además, cuantificarlo en los tejidos. También es posible caracterizar el calcio, lo que permite eliminar el hueso y las placas de ateromas calcificadas en los estudios vasculares, o el ácido úrico, para diferenciar las litiasis urológicas cálcicas de las de ácido úrico, o valorar los depósitos de uratos en enfermedades como la gota. El xenón es un elemento cuyo uso para la práctica clínica no está aprobado en España y, el gadolinio no tiene utilidad práctica porque se necesitan grandes concentraciones para poder diferenciarlo. Teniendo en cuenta todo esto, la ED puede tener aplicaciones clínicas en las distintas áreas de la radiología.

Imagen abdominal

La caracterización de las litiasis urinarias en los 2 grandes grupos, ácido úrico y calcio, es la aplicación más conocida. En el estudio de las litiasis renoureterales sintomáticas, no solo se identifica la litiasis, su localización y tamaño; además, se puede caracterizar (fig. 1). Esto es importante a la hora de instaurar el tratamiento más adecuado, ya que las litiasis de ácido úrico suelen responder bien a los tratamientos médicos y se debe evitar el tratamiento con ondas de choque, que pueden dañar el parénquima renal^3,4.

Figura 1.

Imagen de TCED sin contraste, en la que se observa una litiasis en el uréter que condiciona hidronefrosis y, otros cálculos en el grupo calicial inferior. En el posprocesado los cálculos se colorean en rojo, lo que indica que son de ácido úrico. Obsérvese como el calcio del hueso y de la pared aórtica se colorean en azul.

La TCED tiene un gran impacto en el estudio de las lesiones renales densas porque permite diferenciar rápida, fácil, segura y fiablemente entre quiste y masa sólida, sin necesidad de medir densidades⁵. Con la TC multidetector convencional se requieren al menos 2 hélices, una basal y otra con contraste, para detectar y cuantificar cambios en la densidad de la lesión y, en función de la diferencia, caracterizarla. Con la TCED se genera un mapa de iodo que permite sin necesidad de medir, identificar visualmente las lesiones que captan contraste, reducir significativamente el tiempo de interpretación, evitar el fenómeno de pseudorrealce y disminuir el número de masas indeterminadas (fig. 2).

Figura 2.

Imagen de TCED realizada directamente con contraste intravenoso (A) donde se observan 2 lesiones renales. La de mayor tamaño corresponde a un quiste simple. La de menor tamaño no puede caracterizarse correctamente. En el posprocesado «sin contraste virtual» se observa que se trata de una lesión hiperdensa (B) y en el mapa de yodo la lesión no presenta realce (C) por lo que se trata de un quiste hemorrágico (flecha).

Otro campo poco destacado en la bibliografía, pero de gran ayuda en la práctica diaria, es el estudio de la isquemia y, fundamentalmente, de la isquemia intestinal. En esta afección, el mapa de iodo facilita el diagnóstico de las asas patológicas porque, al no captar iodo en su pared, no aparecen representadas en el mapa correspondiente.

Los estudios de TC multidetector convencionales pueden medir densidades, pero no cuantificar el iodo. La TCED permite cuantificarlo, es decir, es capaz de determinar cuantitativamente la cantidad de iodo que hay en una lesión. Con esta aplicación es de esperar que pueda valorarse el grado de vascularización de un tumor de forma precisa y, así, evaluar la respuesta al tratamiento con fármacos antiangiogénicos, o distinguir entre tumor viable y necrosis⁶.

Imagen cardiotorácica

El estudio con ED cuando se sospecha un tromboembolismo pulmonar permite estudiar simultáneamente el trombo en la arteria y la perfusión del parénquima. La información que aporta es importante, porque determina si el trombo tiene repercusión en la perfusión y, cuantifica la cantidad de parénquima afecto, lo que permite establecer mejor la gravedad⁷. También aumenta la sensibilidad diagnóstica ya que pequeñas alteraciones identificadas en el mapa de iodo permiten detectar trombos en ramas subsegmentarias, que pueden pasar desapercibidos en el estudio convencional (fig. 3)^8,9.

Figura 3.

TCED con contraste intravenoso. En la imagen de la izquierda se representa el mapa de iodo de un paciente con sospecha de TEP. Obsérvese como hay un defecto de perfusión triangular en el lóbulo inferior izquierdo causado por un pequeño trombo de una rama subsegmentaria, que había pasado desapercibido en el estudio angiográfico derecha.

La perfusión pulmonar en otras enfermedades como el enfisema o las enfermedades intersticiales es otro campo de aplicación, que está empezando a desarrollarse¹⁰. En el cáncer de pulmón, el mapa de iodo y su cuantificación permiten diferenciar necrosis de tumor viable, aunque no ayuda a diferenciar tumor de atelectasia o de fibrosis posradioterapia. Otra aplicación pulmonar es el control de los tumores tratados con termoablación para identificar los restos de tumor viable y, diferenciarlos de la hemorragia y la necrosis, incluso a los pocos días de haber realizado el procedimiento.

Otro campo es el de la cardiopatía isquémica. La valoración de la perfusión miocárdica es importante para definir la gravedad de una estenosis coronaria. Se pueden hacer estudios de ED con técnica helicoidal retrospectiva y generar mapas de iodo que valoran mejor la alteración de la perfusión en la isquemia miocárdica que una TC convencional (fig. 4), con un valor diagnóstico similar al del SPECT o la RM^11,12. Estos estudios no permiten valorar a la vez las arterias coronarias ya que, al realizarse en estrés farmacológico, aumenta mucho la frecuencia cardíaca del paciente. No obstante, en pacientes con sospecha de lesiones significativas o indeterminadas se puede añadir, en la misma sesión, después de la TC-coronariografía, un estudio con ED en estrés para valorar la perfusión miocárdica. Gracias a esto, probablemente en un futuro la TC sea una prueba que permita valorar de manera integral la cardiopatía isquémica, lo que podrá cambiar el enfoque diagnóstico de esta enfermedad.

Figura 4.

TCED con adquisición retrospectiva con contraste intravenoso. Dos imágenes del miocardio en un plano en eje corto de un paciente con sospecha de cardiopatía isquémica, al que se le realiza una TCED en estrés. En la imagen superior, que corresponde al estudio no procesado, es difícil identificar un defecto de perfusión. En la imagen inferior, una vez realizado el mapa de yodo, se demuestra claramente un defecto de perfusión en la cara anterior (flecha), territorio de la arteria descendente anterior.

Imagen vascular

La sustracción del calcio es una de las principales ventajas de la TCED en los estudios vasculares^13,14. Aunque en las exploraciones con TC convencional, los programas de posprocesado avanzados consiguen sustraerlo correctamente, la ED permite que sea más simple y preciso y, especialmente en el polígono de Willis, los resultados son excelentes. También puede sustraer placas calcificadas y mostrar solo el luminograma del vaso. Sin embargo, esta herramienta deja de ser útil cuando el vaso analizado es de pequeño calibre porque elimina parte de la luz del vaso.

La TCED también se utiliza en el estudio de la afección aórtica. Su principal ventaja es ahorrar tiempo y radiación al realizar una serie directamente con contraste y posteriormente analizar el «sin contraste virtual». Además, en los estudios de endoprótesis aórtica, el mapa de iodo permite detectar endofugas con una única adquisición en fase tardía a los 60-90 s¹⁵.

Imagen neurológica

El estudio arterial neurovascular es la principal aplicación del TCED. Consigue sustraer el calcio con facilidad y precisión, tanto en las arterias carótidas como en el polígono de Willis. Otra ventaja es que se puede valorar la hemorragia cerebral con la aplicación «sin contraste virtual» en estudios de angio-TC cerebral, sin necesidad de una adquisición previa sin contraste¹⁶.

Otro aspecto menos conocido, aunque de gran utilidad práctica, es en la afección tumoral de cabeza y cuello, ya que mejora su diagnóstico¹⁷.

Imagen musculoesquelética

La posibilidad de detectar depósitos de ácido úrico en las articulaciones permite realizar un diagnóstico no invasivo y certero de la gota (fig. 5). Además, puede detectar casos subclínicos y evaluar la respuesta al tratamiento¹⁸.

Figura 5.

TCED sin contraste de la región interfalángica distal de ambos en un paciente con gota. En el mapa de colores obtenidos mediante posprocesado utilizando la energía dual (imagen de abajo) se observan los depósitos de ácido úrico (verde) en el interior de los tofos. Obsérvese cómo los depósitos de ácido úrico son hiperdensos en el estudio de TC convencional, al igual que el calcio, pero en el estudio de ED son distintos al calcio de los huesos (azul: gran cantidad de calcio que corresponde a la cortical ósea, rosa: menor cantidad de calcio, que corresponde a la medula ósea).

Energía dual y radiación

La TCED permite prescindir del estudio inicial basal sin contraste en aquellos protocolos que así lo requieren, porque tienen una calidad similar al estudio sin contraste convencional¹⁹. Por lo tanto, puede disminuir la dosis de radiación. Hay estudios que establecen que se puede llegar a reducir la dosis entre un 30-60%, dependiendo del protocolo empleado²⁰. Aunque no está reflejado en la bibliografía, los estudios de ED con equipos de doble fuente no incrementan la dosis de radiación con respecto a un estudio convencional. Probablemente en esto influya el filtro de estaño que absorbe los fotones de menor energía del tubo que utiliza mayor radiación, lo que en conjunto hace que no aumente la dosis de radiación total.

Limitaciones de la energía dual

Como en toda técnica emergente, existen inconvenientes que probablemente se solventarán con el desarrollo tecnológico y, sobre todo, del posproceso, como ocurrió en su día con los primeros equipos de TC.

Una de sus principales desventajas es que no se puedan diferenciar más elementos. Cuando se consiga realizar una separación espectral más amplia será posible distinguir entre cálculos urinarios distintos a los de ácido úrico y calcio⁴. Algo similar es lo que ocurre con los componentes de la placa de ateroma, de los que, en la actualidad, solo es capaz de diferenciar el calcio.

Otra importante limitación son los artefactos. En los pacientes obesos, el ruido de la imagen puede ser tan alto que dificulte la identificación de las lesiones y, sobre todo, su análisis y caracterización. En general, los sujetos con un índice de masa corporal alto no son buenos candidatos para la ED²¹. También los mapas de iodo pueden presentar importantes artefactos generados por el mal uso de la inyección de contraste y, hay publicaciones que describen estos artefactos en el estudio de la perfusión pulmonar²². Probablemente se desarrollen nuevos protocolos que mejoren el uso del contraste y disminuyan estos artefactos.

Otro inconveniente es el número de imágenes generadas que triplica las de un estudio convencional, lo que representa un problema de almacenamiento para los sistemas informáticos y, una mayor carga de trabajo para el radiólogo.

Tenemos que destacar, también, que hay una cierta confusión terminológica y con las aplicaciones y sería deseable solucionarla para conseguir una mejor comunicación entre los profesionales. Una de las mayores confusiones se da entre los términos TC de doble fuente y TC de energía dual, que no son lo mismo. La TC de doble fuente se refiere exclusivamente a los equipos que tienen 2 tubos, pero la adquisición no tiene por qué ser con energías distintas.

Por último, el alto coste de los equipos que ya han salido al mercado es otro gran inconveniente para implantar esta nueva tecnología.

Conclusión

Aunque esta técnica es de reciente aparición y no está exenta de inconvenientes, estamos seguros de que irán subsanándose conforme se vaya generalizando y utilizando en la práctica diaria. La capacidad de distinguir distintos elementos debe conducir a nuevas aportaciones en el diagnóstico por la imagen.

Responsabilidades éticas

Protección de personas y animales. Los autores declaran que para esta investigación no se han realizado experimentos en seres humanos ni en animales.

Confidencialidad de los datos. Los autores declaran que en este artículo no aparecen datos de pacientes.

Derecho a la privacidad y consentimiento informado. Los autores declaran que en este artículo no aparecen datos de pacientes.

Autorías

• 1.

  Responsable de la integridad del estudio: CDS, CMR y CTL.

• 2.

  Concepción del estudio: CDS y CMR.

• 3.

  Diseño del estudio: CDS y CMR.

• 4.

  Obtención de los datos: CDS, CMR y CTL.

• 5.

  Análisis e interpretación de los datos: no procede.

• 6.

  Tratamiento estadístico: no procede.

• 7.

  Búsqueda bibliográfica: CDS, CMR y CTL.

• 8.

  Redacción del trabajo: CDS y CMR.

• 9.

  Revisión crítica del manuscrito con aportaciones intelectualmente relevantes: CTL.

• 10.

  Aprobación de la versión final: CDS, CMR y CTL.

Todos los autores han leído y aprueban la versión final del artículo.

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.