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5 Aplicaciones de la física médica en el diagnóstico de enfermedades por imagen

5 Aplicaciones de la física médica en el diagnóstico de enfermedades por imagen

En esta oportunidad y siguiendo la línea del artículo anterior, La física médica y su importancia, abordaremos las diversas e interesantes aplicaciones de la física médica, primero en el área de diagnóstico y posteriormente en otro artículo, el tratamiento de enfermedades.

Cabe resaltar que, estos avances en las distintas aplicaciones de la física médica, corresponden a siglos de investigaciones y pruebas que permitieron desarrollar las distintas tecnologías con las que contamos hoy en día. Dichas tecnologías nos han permitido ver literalmente dentro del cuerpo humano, para diagnosticar y tratar un amplio espectro de enfermedades, principalmente el cáncer.

Aplicaciones de la física médica

Imagen radiográfica

La técnica de imagen por rayos X se abrió paso cuando en 1895, el físico alemán Wilhelm Röntgen utilizó un tubo de rayos catódicos para producir un tipo de radiación que la llamó rayos X, (como la incógnita «x» en el área de las matemáticas) debido a que era una radiación desconocida y que se transmitía de modo «invisible».

Röntgen creó así las primeras imágenes radiográficas, y con esto, surgió la aparición de un sin número de aplicaciones para una nueva ciencia llamada: física médica. Hoy en día, las radiografías son una de las aplicaciones de la física médica más utilizadas, todavía son la primera opción en una evaluación inicial del paciente. Es importante para el diagnóstico de enfermedades en el tórax, mama, huesos y abdomen.

Aplicaciones de la física médica. Radiografía
Imagen 1. Radiografía de artritis de rodilla. La artritis de rodilla puede afectar uno de los lados de la articulación más que el otro. Esta radiografía muestra el desgaste del cartílago amortiguador, lo que provoca que los huesos se toquen entre sí. Foto: mayoclinic.

¿Cómo se generan las radiografías?

Su funcionamiento se basa en irradiar con rayos X (radiación ionizante en bajas dosis) cierta región del cuerpo que se desea estudiar, esta interacción (fotones de rayos X y los tejidos de los órganos) permite producir imágenes para diagnosticar enfermedades. Las radiografías se pueden realizar en un área especializada o en la cama del paciente con un equipo rodante.

Las radiografías del siglo pasado evolucionaron a las radiografías digitales. Hoy en día, se utilizan placas fotosensibles montadas en un chasis o armazón que capturan los rayos X. Las imágenes son de mayor calidad y el paciente recibe menos dosis de radiación. De igual manera, se pueden guardar digitalmente sin necesidad de tener grandes cuartos de almacenajes de placas.

Fluoroscopia

Es una técnica en la que se utiliza rayos X, pero a diferencia de las radiografías, este tipo de imagen utiliza un contraste (elementos químicos como el bario o yodo) para visualizar en tiempo real las estructuras del cuerpo humano.

Las imágenes son procesadas diligentemente y se visualizan en pantallas en tiempo real, de igual manera, se pueden archivar como videos para su posterior estudio.

La fluoroscopia también se utiliza mucho en la radiología intervencionista, para explorar y visualizar patologías, o revisión de posiciones de catéteres. Esta técnica emplea una dosis más alta de radiación ya que, por naturaleza de la técnica (explorar estructuras del cuerpo y tomar imágenes en tiempo real), puede tomar más tiempo. Así que, se mitiga tomando las imágenes lo más rápido posible.

Física médica: fluoroscopia
Imagen 2. Proyección oblicua posterior izquierda de un enema opaco de contraste sencillo, en la que se observa una lesión redondeada que representa un carcinoma de ciego (flechas). Incidentalmente se identifican prótesis bilaterales de cadera. Foto: Lange Chen. Radiología Básica.

Ecografía

La ecografía, también conocida como sonograma o ultrasonido, es otra aplicación que se ha diversificado notablemente en el campo de la física médica. La misma es una técnica de diagnóstico por imagen que utiliza ondas sonoras para crear imágenes de órganos, tejidos y estructuras del interior del cuerpo.

Es una técnica no invasiva y el rango de la frecuencia sonora está arriba de los 20 kHZ (kilohercios). El instrumento utilizado para generar las ondas sonoras se llama transductor y el mismo también recibe las señales provenientes de los órganos internos.

Funcionamiento de las ecografías

Esta técnica no utiliza radiación electromagnética (como los rayo x), y se basa en la generación de ondas sonoras de alta frecuencia, superior a la audible por los humanos, las cuales rebotan contra los órganos internos del paciente, enviando estas señales a un ordenador para luego generar una imagen en tiempo real en una pantalla, la cual se puede guardar para posteriormente estudiarla

Este método no utiliza radiación ionizante, lo cual lo hace seguro, de hecho, se utiliza mucho para los estudios durante el embarazo, y también para diferenciar lesiones quísticas de lesiones sólidas en pacientes de todas las edades.

Física médica: Ecografía 4D.
Imagen 3. Ecografía en 4D, a un feto de 12 semanas. Foto: Medcapslaugh-commons.wikimedia.
Ecografía
Imagen 4. Ecografía renal Foto: Ptrump16-commons.wikimedia.

Tomografía computarizada (TC)

Las tomografías computarizadas (TC), surgieron como una herramienta que utilizan rayos X, pero con una mayor eficacia que las radiografías para obtener imágenes del cuerpo humano. Este descubrimiento se le atribuye al ingeniero Godfrey Hounsfield, el cual ganó el Nobel de Medicina en 1979.

¿Cúal es el funcionamiento de un tomógrafo?

Una tomografía consiste en obtener imágenes a partir de un haz rotatorio radiación rayos X y de detectores que rodean al paciente en forma circular. Por eso es que, los pacientes deben ingresar en una máquina de estructura circular para hacerse el examen diagnóstico.

Luego la información pasa a través de una computadora que contiene los software y hardware necesarios, y se procesan las imágenes de manera axial (transversal) que es el que ofrece la mayor resolución de imagen; aunque con el avance de la tecnología, ya se pueden realizar en otros planos y hacer reconstrucciones en 3D.

Este dispositivo utiliza el término de «ventanas», el cual son los rangos de números que permiten diferentes visualizaciones de los órganos (gama de grises). Lo bueno de esta aplicación médica es qué, después de obtener las imágenes se pueden realizar un procesado digital, para manipular y obtener mejores detalles de la anatomía y el diagnostico de patologías.

Aplicaciones de la física médica: tomografía
Imagen 5. Tomografía con contraste del abdomen superior en la que se muestran dos áreas de baja atenuación (M) confirmadas como metástasis hepáticas múltiples de un tumor del estroma gastrointestinal. Foto: Lange Chen. Radiología Básica.

Resonancia magnética

La resonancia magnética es una de las aplicaciones de la física médica que puede detallar mejor diferentes partes del cuerpo humano cuando se combina con otras técnicas de imagen, como por ejemplo, las angiografías por resonancia magnética (ARM)

Este estudio utiliza radiofrecuencias y campos magnéticos para obtener imágenes muy definidas y de alta calidad. Estas imágenes pueden adquirirse en cualquier plano, aunque los planos sagital, coronal y axial son los más habituales. Una imagen por resonancia magnética se realiza para observar alteraciones en los tejidos, detectar cánceres y otras patologías. A diferencia de la tomografía axial computarizada (TC), la resonancia magnética (RM) no usa radiación ionizante.

Funcionamiento del resonador magenético

Las resonancias magnéticas trabajan manipulando la energía potencial almacenada en lo átomos de hidrógeno que tenemos dentro del organismo.

Cuando el paciente ingresa al resonador magnético, los átomos de hidrógeno se alinean con relación al campo magnético creado por los electroimanes de la máquina médica.

Luego se envían señales de radiofrecuencia para alinear estos átomos de otra manera, cuando esto ocurre, se detiene el pulso de radiofrecuencias y los átomos de hidrógeno vuelven a su estado inicial. Este movimiento genera energía en forma de electricidad y es captada por la computadora especializada para este trabajo; posteriormente son convertidas en imágenes digitales de alta definición y con acceso a personas autorizadas en cualquier parte del mundo.

Aplicaciones de la física médica: resonancia magnética
Imagen 6. Resonancia magnética sagital en el plano medio, potenciada en T1, con contraste en la que se ve un gran tumor (T) en la región de la glándula pineal. Foto: Daniel W.Williams III, M.D.; de Winston-Salem.

Seguridad

Al momento de realizar un examen de diagnóstico al paciente, se debe tener en cuenta ciertas normas de seguridad. Debido a la naturaleza de este tipo de maquinaria (utilizan campos electromagnéticos) puede afectar los marcapasos cardíacos u otro objeto de metal que tenga el paciente dentro del cuerpo o consigo. Por eso se debe hacer un interrogatorio al paciente y hacerle saber sobre estos riesgos.

Por otro lado, se debe tener en cuenta que no debe haber nada metálico mal puesto o flojo alrededor para evitar «proyectiles» y que causen accidentes. De igual manera se debe tener en cuenta los diferentes tipos de contrastes que se utilizan en los pacientes, ya que como es sabido, pueden causar efectos adversos.

Conclusión

El avance de la ciencia y tecnología es imparable, es una rueda en la cual ambas caras se complementan para generar desarrollo. Y las diferentes técnicas de imágenes de la física médica es un claro ejemplo. Hoy en día, tenemos grandes aplicaciones y maquinarias médicas que nos permiten estudiar mejor las enfermedades y tratarlas.

Es bueno que existan varias opciones, porque, aunque una técnica parezca mejor que otra, hay ciertas restricciones, ventajas y desventajas para diagnosticar y tratar diferentes enfermedades; y sumando a esto que, también se debe tomar en cuenta el paciente. Como complemento, en el siguiente artículo se estará compartiendo las 5 geniales aplicaciones de la física médica en el diagnóstico médico.


Referencias

Herring, W. (2016). Radiología Básica: Aspectos fundamentales. Barcelona, España: Elsevier.

Chen, L., Pope, T., & Ott, D. (2006). Radiología Básica. Mc Graw-Hill: España

Ecografía: Prueba de laboratorio de MedlinePlus. (2020). Retrieved 8 September 2020, from https://medlineplus.gov/spanish/ecografía.


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