tomografía computarizada por ultrasonido

La tomografía computarizada por ultrasonido ( TCUS ), también conocida como tomografía computarizada por ultrasonido [ ^{1 ] o} simplemente tomografía por ultrasonido [ ^{2 ], es} una forma de tomografía médica por ultrasonido que utiliza ondas ultrasónicas como fenómeno físico para la obtención de imágenes . Se utiliza principalmente para la ^{obtención de imágenes médicas de} tejidos blandos , especialmente de mama ^{[ 2 , 3 , 4 ]} .

Los tomógrafos computarizados por ultrasonido utilizan ondas ultrasónicas para crear imágenes. En la primera etapa de medición, se genera una onda ultrasónica definida con transductores de ultrasonido , generalmente piezoeléctricos , que se transmite hacia el objeto de medición y se recibe con otros transductores de ultrasonido, o con los mismos. Al atravesar e interactuar con el objeto, la onda ultrasónica se modifica y ahora contiene información sobre este. Tras registrarse, la información de las ondas moduladas se puede extraer y utilizar para crear una imagen del objeto en una segunda etapa. A diferencia de los rayos X u otras propiedades físicas que generalmente proporcionan solo una información, el ultrasonido proporciona información múltiple del objeto para la obtención de imágenes: la atenuación que experimenta la presión sonora de la onda indica el coeficiente de atenuación del objeto , el tiempo de vuelo de la onda proporciona información sobre la velocidad del sonido , y la onda dispersa indica la ecogenicidad del objeto (por ejemplo, índice de refracción , morfología de la superficie, etc.). A diferencia de la ecografía convencional , que utiliza tecnología de matriz de fase para la formación de haces , la mayoría de los sistemas USCT utilizan ondas esféricas no focalizadas para la obtención de imágenes. La mayoría de los sistemas USCT buscan obtener imágenes 3D, ya sea mediante la síntesis ("apilamiento") de imágenes 2D o mediante configuraciones de apertura 3D completas. Otro objetivo es la obtención de imágenes cuantitativas en lugar de solo cualitativas .

La idea de la tomografía computarizada por ultrasonido se remonta a la década de 1950 con configuraciones de composición analógicas, ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} a mediados de la década de 1970 se construyeron los primeros sistemas USCT "computarizados", utilizando tecnología digital. ^{[ 8 ]} El "computador" en el concepto USCT indica la gran dependencia del procesamiento avanzado de señales digitales computacionalmente intensivo , la reconstrucción de imágenes y los algoritmos de procesamiento de imágenes para la obtención de imágenes. La realización exitosa de los sistemas USCT en las últimas décadas fue posible gracias a la disponibilidad cada vez mayor de potencia de cálculo y ancho de banda de datos proporcionados por la revolución digital .

Los sistemas USCT diseñados para la obtención de imágenes médicas de tejidos blandos suelen tener una resolución del orden de centímetros a milímetros y, por lo tanto , requieren ondas ultrasónicas del orden de frecuencias de megahercios . Esto generalmente requiere agua como medio de transmisión de baja atenuación entre los transductores de ultrasonido y el objeto para mantener presiones sonoras adecuadas. ^{[ 1 ]}

Los sistemas USCT comparten con la tomografía convencional la similitud arquitectónica fundamental de que la apertura , los elementos de imagen activos, rodean el objeto. Para la distribución de los transductores de ultrasonido alrededor del objeto de medición, formando la apertura , existen múltiples enfoques de diseño. Existen configuraciones monoestáticas, biestáticas y multiestáticas de transductores. Comunes son las matrices lineales 1D o 2D de transductores de ultrasonido que actúan como emisores en un lado del objeto, mientras que en el lado opuesto se coloca una matriz similar que actúa como receptor, formando una configuración paralela . A veces se acompaña de la capacidad adicional de moverse para obtener más información desde ángulos adicionales. Si bien es rentable construir dicha configuración, la principal desventaja es la capacidad limitada (o incapacidad) de obtener información de reflectividad, ya que dicha apertura se limita solo a la información de transmisión. Otro enfoque de apertura es un anillo de transductores, ^{[ 9 ]} a veces con el grado de libertad de elevación motorizada para obtener información adicional a lo largo de la altura para imágenes 3D ("apilamiento"). Existen sistemas 3D completos, sin necesidad de movimientos de apertura, formados por transductores distribuidos semiesféricos. Si bien son los más costosos, ofrecen la ventaja de obtener datos prácticamente uniformes desde múltiples direcciones. Además, permiten una rápida adquisición de datos, ya que no requieren movimientos mecánicos que consuman mucho tiempo.

Los métodos de reconstrucción tomográfica utilizados en los sistemas USCT para la obtención de imágenes basadas en información de transmisión son la transformada inversa de Radon clásica y el teorema de corte de Fourier, así como algoritmos derivados ( haz cónico, etc.). Como alternativas avanzadas, también se utilizan enfoques basados ​​en ART . Para obtener imágenes de reflectividad de alta resolución y con ruido de moteado reducido, se utilizan ampliamente las técnicas de enfoque de apertura sintética (SAFT), similares al SAR del radar y al SAS del sonar . Los enfoques iterativos de inversión de ecuaciones de onda como método de obtención de imágenes provenientes de la sismología se encuentran en investigación académica, pero su uso en aplicaciones del mundo real, debido a la enorme carga computacional y de memoria, sigue siendo un desafío. ^{[ 10 ]}

Muchos sistemas USCT están diseñados para la obtención de imágenes de tejidos blandos y, específicamente, para el diagnóstico del cáncer de mama . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Como método basado en ultrasonido con bajas presiones sonoras , USCT es un método de imagen inocuo y sin riesgos, adecuado para la detección periódica . Dado que los sistemas USCT son fijos o se mueven mediante un motor sin contacto directo con la mama, la reproducción de imágenes es más sencilla que con los métodos comunes guiados manualmente (por ejemplo, la ecografía mamaria ), que dependen del desempeño y la experiencia del examinador. En comparación con los métodos de detección convencionales como la mamografía , los sistemas USCT ofrecen una especificidad potencialmente mayor para la detección del cáncer de mama, ya que se obtienen imágenes de múltiples propiedades características del cáncer de mama al mismo tiempo: velocidad del sonido, atenuación y morfología. ^{[ 11 ]}

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