2.2: Técnicas no invasivas: Imagen estructural
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- Explicar en qué se diferencian las radiografías, las tomografías computarizadas y las
- Describir los pros y los contras de las tres técnicas principales de imagen estructural.
Visión general
Las técnicas de imagen estructural generalmente vienen en tres opciones diferentes: rayos X, tomografía computarizada (TC) o tomografía axial computarizada (TAC) y exploraciones por resonancia magnética (MRI). Cada uno utiliza diferentes tipos de tecnología para proporcionar una representación de una estructura sin tener que quitar la piel o el hueso que protege esa estructura. Cada una de estas técnicas no invasivas tiene ventajas y desventajas.
Rayos X
El físico alemán Wilhelm Röntgen (1845—1923) estaba experimentando con la corriente eléctrica cuando descubrió que un “rayo” misterioso e invisible pasaría por su carne pero dejaría un contorno de sus huesos en una pantalla recubierta con un compuesto metálico. En 1895, Röntgen realizó el primer registro duradero de las partes internas de un ser humano vivo: una imagen de “rayos X” (como llegó a llamarse) de la mano de su esposa. Científicos de todo el mundo rápidamente comenzaron sus propios experimentos con rayos X, y para 1900, los rayos X fueron ampliamente utilizados para detectar una variedad de lesiones y enfermedades. En 1901, Röntgen fue galardonado con el primer Premio Nobel de Física por su trabajo en este campo.
La radiografía es una forma de radiación electromagnética de alta energía con una longitud de onda corta capaz de penetrar sólidos y gases ionizantes. Al ser utilizados en medicina, los rayos X se emiten desde una máquina de rayos X y se dirigen hacia una placa metálica especialmente tratada colocada detrás del cuerpo del paciente. El haz de radiación da como resultado el oscurecimiento de la placa de rayos X. Los rayos X están ligeramente obstaculizados por los tejidos blandos, que aparecen como grises en la placa de rayos X, mientras que los tejidos duros, como el hueso, bloquean en gran medida los rayos, produciendo una “sombra” de tonos claros. Por lo tanto, los rayos X se utilizan mejor para visualizar estructuras corporales duras como los dientes y los huesos. La figura\(\PageIndex{1}\) representa una radiografía de una rodilla. Al igual que muchas formas de radiación de alta energía, sin embargo, los rayos X son capaces de dañar las células e iniciar cambios que pueden conducir al cáncer. Este peligro de exposición excesiva a los rayos X no fue completamente apreciado durante muchos años después de su uso generalizado.
Debido al desarrollo de otras técnicas que son considerablemente mejores para observar los tejidos blandos, los rayos X ya no se utilizan en gran medida para estudiar el cerebro.
Imágenes Médicas Modernas
Los rayos X pueden representar una imagen bidimensional de una región del cuerpo, y solo desde un solo ángulo. En contraste, las tecnologías de imágenes médicas más modernas producen datos que son integrados y analizados por computadoras para producir imágenes tridimensionales (3D) o imágenes que revelan aspectos del funcionamiento del cuerpo.
Tomografía Computarizada
La tomografía se refiere a la imagen por secciones. La tomografía computarizada (TC) es una técnica de imagen no invasiva que utiliza computadoras para analizar varias radiografías transversales con el fin de revelar pequeños detalles sobre las estructuras del cuerpo. La técnica fue inventada en la década de 1970 y se basa en el principio de que, a medida que los rayos X pasan por el cuerpo, son absorbidos o reflejados en diferentes niveles. En la técnica, un paciente se acuesta sobre una plataforma motorizada mientras un escáner de tomografía axial computarizada (TAC) gira 360 grados alrededor del paciente, tomando imágenes de rayos X. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra un escáner CT con una plataforma para que el sujeto se acueste. Una computadora combina estas imágenes en una vista bidimensional del área escaneada, o “rebanada”. La figura\(\PageIndex{3}\) muestra una serie de cortes del cerebro para un sujeto.
Desde 1970, el desarrollo de computadoras más potentes y software más sofisticado ha hecho que la tomografía computarizada sea rutinaria para muchos tipos de evaluaciones diagnósticas. Es especialmente útil para la exploración de tejidos blandos, como del cerebro y las vísceras torácicas y abdominales. Su nivel de detalle es tan preciso que puede permitir a los médicos medir el tamaño de una masa hasta un milímetro. La principal desventaja de la tomografía computarizada es que expone a los pacientes a una dosis de radiación muchas veces mayor que la de los rayos X. Todavía se está debatiendo si esto es particularmente peligroso (McCollough et al., 2015).
Resonancia Magnética
La resonancia magnética (MRI) es una técnica de imagen médica no invasiva basada en un fenómeno de la física nuclear descubierto en la década de 1930, en el que se encontró que la materia expuesta a campos magnéticos y ondas de radio emitía señales de radio. En 1970, un médico e investigador llamado Raymond Damadian notó que el tejido maligno (canceroso) emitía señales diferentes a las del tejido corporal normal. Solicitó una patente para el primer dispositivo de resonancia magnética, que estaba en uso clínico a principios de la década de 1980. Los primeros escáneres de resonancia magnética fueron crudos, pero los avances en computación digital y electrónica llevaron a su avance sobre cualquier otra técnica para obtener imágenes precisas, especialmente para descubrir tumores. La resonancia magnética también tiene la mayor ventaja de no exponer a los pacientes a la radiación.
Los inconvenientes de las resonancias magnéticas incluyen su costo mucho mayor y la incomodidad del paciente con el procedimiento. El escáner de resonancia magnética somete al paciente a electroimanes tan potentes que la sala de exploración debe estar protegida. El paciente debe estar encerrado en un dispositivo similar a un tubo metálico durante la duración de la exploración, a veces hasta los treinta minutos, lo que puede resultar incómodo y poco práctico para los pacientes enfermos. El dispositivo también es tan ruidoso que, incluso con tapones para los oídos, los pacientes pueden volverse ansiosos o incluso temerosos. Estos problemas se han superado un poco con el desarrollo de la resonancia magnética “abierta”, que no requiere que el paciente esté completamente encerrado en el tubo metálico. La figura\(\PageIndex{4}\) muestra una máquina de resonancia magnética con una plataforma para que el paciente se acueste. Los pacientes con implantes metálicos que contienen hierro (suturas internas, algunos dispositivos protésicos, etc.) no pueden someterse a resonancia magnética porque puede desalojar estos implantes.
Uso de técnicas de imagen estructural para estudiar un trastorno: trastorno del espectro autista
Un ejemplo que vamos a utilizar a lo largo de este capítulo es el de cómo utilizamos estas técnicas de investigación para estudiar el Trastorno del Espectro Autista (TEA). El TEA es un trastorno del desarrollo que se caracteriza frecuentemente por problemas que incluyen varias combinaciones de problemas de interacción., dificultades de comunicación, e incluso comportamientos repetitivos. A lo largo de cada sección, discutiremos algunas de las formas en que se han utilizado las principales herramientas de la investigación cerebral para examinar este trastorno.
Las técnicas de imagen estructural con TEA se han centrado en qué estructuras cerebrales tienen diferencias físicas. Las resonancias magnéticas han encontrado una corteza frontal más gruesa (Carper & Courchesne, 2005) y una corteza temporal más delgada (Hardan et al., 2006) en pacientes con TEA. Estas áreas son notables porque la corteza frontal está vinculada a las habilidades de comunicación y lenguaje y la corteza temporal está vinculada al procesamiento auditivo (es decir, entrada del lenguaje), los cuales son problemas con los que muchos con TEA luchan.
Resumen
Las técnicas de imagen estructural, incluidas las radiografías, las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas, permiten a los investigadores ver cómo se ve el cerebro sin tener que hacer nada invasivo para el paciente, como la cirugía. Estas técnicas, particularmente las tomografías computarizadas y las resonancias magnéticas, son extremadamente útiles para construir una imagen de cómo se ve el cerebro y permiten a los médicos detectar cualquier anomalía estructural en sus pacientes. También permiten a los investigadores conocer los tamaños de diferentes estructuras en el cerebro y posiblemente correlacionar esas diferencias con diversas funciones.
Referencias
McCollough, C. H., Bushberg, J. T., Fletcher, J. G., & Eckel, L. J. (2015). Respuestas a preguntas comunes sobre el uso y seguridad de las tomografías computarizadas. Procedimientos de Mayo Clinic, 90 (10), 1380—1392.
Carper, R. A., & Courchesne, E. (2005). Agrandamiento localizado de la corteza frontal en autismo temprano. Psiquiatría Biológica, 57 (2), 126—133.
Hardan, A. Y., Muddasani, S., Vemulapalli, M., Keshavan, M. S., & Minshew, N. J. (2006). Estudio de resonancia magnética del aumento del grosor cortical en el autismo. Revista Americana de Psiquiatría, 163 (7), 1290—1292.
Atribuciones
Anatomía y Fisiología por Lindsay M. Biga, Sierra Dawson, Amy Harwell, Robin Hopkins, Joel Kaufmann, Mike LeMaster, Philip Matern, Katie Morrison-Graham, Devon Quick & Jon Runyeon está bajo una Licencia CC BY-SA 4.0 Internacional.
Figura\(\PageIndex{1}\): “Radiografía simple de la rodilla derecha” de Ptrump16 está licenciada bajo CC BY-SA 4.0
Figura\(\PageIndex{2}\): “New UPMC East” de Davey Nin está licenciado bajo CC BY 2.0.
Figura\(\PageIndex{3}\): “Tomografía computarizada de cerebro humano - grande - tomografía computarizada” es de dominio público, CC0
Figura\(\PageIndex{4}\): “MRI” de Liz West está licenciado bajo CC BY 2.0