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Protección radiológica en radiología digital
Fundamentos de radiografía digital
L01
IAEA
International Atomic Energy Agency
Objetivos de formación
• Explicar cómo se pueden
obtener imágenes radiográficas
en forma digital
• Analizar las ventajas y las
limitaciones de las imágenes
digitales
• Explicar cómo la disociación
entre la adquisición de imagen
y la visualización en DR puede
contribuir a la exposición
innecesaria de los pacientes a
la radiación
IAEA
Protección radiológica en radiología digital
Circo familiar
“ Mira, papá, una imagen digital”
L01 Fundamentos de radiografía digital
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¿Qué es una imagen digital?
• Es una aproximación a la imagen
analógica, en cuanto a:
• información espacial
• Información de contraste
• Es un archivo de computadora
compuesto por elementos discretos
de la imagen, o pixels:
• La localización de cada elemento dentro
del archivo (matriz) representa a la
posición en la imagen
• El valor numérico representa la
intensidad de la señal
Mosaico romano etrusco de
50 antes de Cristo
aproximadamente
Los elementos cuadrados del mosaico se asemejan a los
píxeles de una imagen digital
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Protección radiológica en radiología digital
L01 Fundamentos de radiografía digital
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¿Por qué son deseables las imágenes
digitales?
• Por su disponibilidad
• Se puede transmitir una imagen digital en forma
electrónica a lugares distantes y puede existir
simultaneamente en lugares múltiples
• Por su flexibilidad
• Se puede modificar el aspecto de la imagen digital
• Por su comodidad y conveniencia
• Se puede guardar la imagen digital en forma electrónica
sin ocupar espacio físico
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L01 Fundamentals of Digital Radiography
Radiografía convencional en sistema de
pantalla y película
• La radiación impacta a las pantallas intensificadoras
produciendo fluorescencia
• La luz fluorescente expone a la película fotográfica
produciendo una imagen latente
• A la imagen latente se la procesa de forma química para
producir densidad óptica en la película
• Se visualiza la densidad óptica de la película transmitiendo
lúz a través de la misma (trans-iluminación, negatoscopio)
1895
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L01 Fundamentals of Digital Radiography
La película procesada es efectivamente analógica
• La densidad óptica es el resultado de muchos
granos de plata procesados
• Los granos de la pantalla son bastante pequeños
1
0
2
3
4
[1,0,0,2,3,4]
[1,0,0,2,3,4]
[1,0,0,2,3,4]
[0,0,0,0,0,0]
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L01 Fundamentals of Digital Radiography
Tres métodos de radiografía digital
I.
II.
III.
Convertir la película ya procesada en una
imagen digital.
Captar la proyección radiográfica por un
método no fotográfico y digitalizarla durante el
procesamiento de la misma
Captar la proyección radiográfica (o su
fluorescencia) directamente en forma digital
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Método I: Digitalización de la imagen en película
• Obtención de imagen de video a partir de las radiografías
transiluminadas
• “Cámara montada en una barra soporte”
• Bajo coste, baja calidad
• Digitalizadores de películas mediante LÁSER
• Calidad de la mejor
• Es costosa y requiere mantenimiento periódico
• Digitalizadores de películas mediante CCD *
• Menos costoso que el método LASER, menos
mantenimiento, mejor calidad que la cámara en barra
soporte
• Se corrigen la mayor parte de los viejos problemas: deriva,
ruido, iluminación no uniforme y difusión de luz lateral
(veiling glare)
* CCD=dispositivo de carga acoplada
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L01 Fundamentals of Digital Radiography
Proceso de digitalización a partir de una
imagen en película
ADC
• Se dirige luz hacia la
película
• Se mide la luz que
pasa a través de la
misma
• Se convierte el
resultado de dicha
medida en un valor
numérico codificado
Aparato de
captación de luz
Película
Referencia
Rodillos de
compresión
Conjunto de lentes en
carrusel
Galvanómetro
Espejos
CCD
lineales
Lentes
Rodillos de
transporte
Bushberg, Seibert, Leidholdt, Boone
The Essential Physics of
nd
IAEA Medical Imaging 2 Ed
Radiation Protection in Digital Radiology
Película
Haz de luz
colimado
ADC = Convertidor analógico digital
CCD = Dispositivo de carga acoplada
L01 Fundamentals of Digital Radiography
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Limitaciones fundamentales de la digitalización
de imágenes a partir de una película
• Es propensa a los artefactos
• Es laboriosa – requiere un paso extra
• La mejor calidad de imagen que se puede obtener viene
limitada por la imagen original de película y pantallas
¿Cómo mantememos muchos de nosotros la capacidad
de digitalizar la imagen de película
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L01 Fundamentals of Digital Radiography
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Método II: Captación no fotográfica con
procesamiento digital
• Xerorradiografía
• Placa de selenio cargada
• Imagen latente de carga electrostática
• Distribución de carga transferida al papel utilizando
pigmento en polvo (tóner)
• Detector mediante tambor de selenio
• Tambor de selenio depositado en Al
• El selenio tiene una carga uniforme antes de la
exposición
• Los rayos X neutralizan parcialmente la carga
• Se mide la distribución de carga mediante serie de
electrómetros
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Radiografía computada (CR) o por placa luminiscente
(fósforo) fotoestimulable (PSP)
• Al incidir los rayos x sobre la placa de imagen se forma la
imagen latente mediante los electrones atrapados
• Se lee la imagen latente por medios físicos en lugar de
emplear procesos químicos
• Al leer la imagen latente …
• Se dirige luz estimulada emitida con la ayuda de un LÁSER hacia un
tubo fomultiplicador (PMT)
• Se digitaliza la señal del PMT utilizando un convertidor analógico
digital (ADC)
• La imagen digital consiste una serie de valores codificados
por el ADC
• Los valores del ADC codificados numéricamente representan la
información de la exposición
• Las localizaciones (coordenadas) de los conjuntos de valores
representan la información espacial
IAEA
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Lector de material luminiscente
fotoestimulable
Espejo poligonal rotatorio
Convertidor analógico digital
(ADC)
Tubo fotomultiplicador
Guía de luz
Laser
Amplificador
barrido rápido
Imagen latente
barrido lento
Placa de imagen
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Características de los sistemas de PSP
• Son sistemas generalmente basados en
•
•
•
•
chasis radiográficos, pero no únicamente
Requieren una inversión inicial moderada
Adaptación sencila del equipamiento
radiográfico existente
Un escáner individual puede dar servicio a
dispositivos múltiples de toma de imágenes
Flujo de trabajo comparable al cargador del
procesador de luz de día
IAEA
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Método III: conversión inmediata de los rayos X
en señales digitales sin imagen latente
• Cámara de video a partir de pantalla fluorescente
(fluoroscopia de video, intensificadores de imagen)
• Pantalla fluorescente con dispositivos de cargas
acoplada (CCD) o Conjunto complementario de
semiconductores de óxido metálico (CMOS)
• Acoplamiento de lentes ópticas
• Sumidero cuántico secundario
• Acoplamiento por fibra óptica
“Flat panels”
• Área pequeña
• Transistores de capa delgada (TFT) de silicio amorfo
hidrogenado (a-Si:H)
• alternativa = diodo conmutador
• requiere un convertidor de rayos x (Yoduro de oxisulfuro de
Gadolinium o Yoduro de Cesio)
• Selenio amorfo (a-Se) acoplado electrónicamente
• a TFT
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Características de los sistemas
“directos” de captación de imágenes
+ Adquisición y procesamiento rápido de
+
+
—
—
—
?
imágenes
Generalmente integrados con el generador de
rayos x
Sin sistema de barrido mecánico
Elevada inversión inicial de capital
Procesos de fabricación difíciles
Sistemas limitados en cuanto a la radiografía
de pacientes encamados
Cuestiones? Historial de aplicación clínica
breve
? Aspectos de ciclo de vida desconocidos
(¿duración?)
? Representación o interpretación de
imágenes desconocidas
? Temas relacionados con los factores de
exposición
IAEA
Courtesy JA Seibert, UC-Davis
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¿Cuán buena es la aproximación que aporta
la imagen digital?
• Información espacial depende de …
• Las dimensiones de los píxeles (tamaño de la
matriz)
• Borrosidad
• La información de contraste depende de …
• Escalas de grises (valores codificados) por
píxeles (es decir la cuantificación)
• Función característica (valores codificados en
función de la exposición)
• Ruido de la imagen
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Efectos del tamaño de pixel y de
profundidad del Bytes
Píxeles
más
grandes
1024 x 1024
1 bit/pixel
64 x 64
2 bits/pixel
32 x 32
3 bits/pixel
16 x 16
8 bits/pixel
Mayor
profundidad
de Bytes
Para una imagen de matriz de M x N, k bytes/pixel,
La memoria necesaria para almacenar la imagen de k x M x N bytes
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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La resolución prácti ca es menor que la
frequencia de Nyquist
• Además de la frecuencia de muestreo,
hay otros factores entre los que se
incluye la nitidez que depende de
•
•
•
•
Las dimensiones del foco de rayos X
La borrosidad en DR directa y en CR
Imprecisión óptica y mecánica en IDR y CR
Influencia de la luz residual (persistencia)
en barrrido rápido en CR
• El límite de resolución se define como
la frecuencia espacial a la cual la
Función de transferencia de
modulación (MTF) se ha reducido al
10%
IAEA
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La MTF de la DR depende de otras cosas
además de la frecuencia de muestreo
Campo eléctrico
Capa de Selenio
Pelicula y pantalla de
sensibilidad 100
Pelicula y pantalla de
sensibilidad 400
Elementos de detector TPT
Sustrato de vidrio
Detector de yoduro de cesio
(pixel de 143 µm)
Detector de yoduro de cesio
(pixel de 200 µm)
Frecuencia espacial en ciclos/mm
El gráfico muestra la MTF premuestreada de la tecnololgía de radiografía directa
comoarada con la MTF de los sistemas de película y pantallas de alta calidad, de los
detectores de Yoduro de Cesio y un sistema de CR de 14”x17”
Centelleador de
Elementos de detector TPT
Sustrato de vidrio
IAEA
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El ruido interfiere con nuestra capacidad
de detector de contraste
σ = √N
SNR = N/σ = √N
Bajo ruido
KERMA
(µGy)
Número de
Ruido
fotones
(%)
Ruido medio
Ruido elevado
/100mX100µm
9.0
1333
2.7
0.9
133
8.6
0.09
13
27.4
Bushberg, Seibert, Leidholdt, Boone The Essential
Physics of Medical Imaging 2nd Ed
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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La combinación de ruido cuántico y ruido
anatómico limita la detección a bajo contraste
Imagen de DR
Imagen de CT
IAEA
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En la eficiencia cuántica de detección (DQE)
en DR se combinan la SNR y la resolución
Detector ideal
(200 um)
(143 um)
Pelicula
y
pantallas
(200 um)
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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La DR tiene un
rango dinámico (latitud) amplio
2.5
1000
2
1.5
100
1
10
Intensidad relativa
10000
Intensity (rel)
Densityóptica
(OD)
(OD)
Densidad
3
Sistema de película y pantallas
Film/screen
PSL
0.5
0
0.1
1
10
100
1
1000
1023
Kerma en aire
Air kerma (μGy)
Reajuste de la
escala del histograma
IAEA
Alto kV
L=2.2, S=50
Sobreexpuesta
00.1 µGy
Raw Plate Exposure
1000 µGy
Bajo kV, L=1.8, S=750
Sub expuesta
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El reajuste de la escala de las imágenes
de DR es una espada de doble filo
• Variaciones en la selección de los factores de exposición
quedan compensadas automáticamente por el reajuste de la
escala para lograr una presentación visual (display) coherente
y uniforme en las radiografías
• Mientras no se sobrepase el rango de ajuste, la apariencia
visual de la imagen no refleja que las exposiciones hayan sido
excesivamente altas o bajas
• La subexposición hace que las imágenes sean “ruidosas”
• En cambio la sobreexposición produce imágenes “sin ruido”
que son preferidas por los radiólogos
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Por todo ello, existe una tendencia documentada a
sobreexponer las imágenes en CR and DR
• No se puede supervisar la selección de los factores de
exposición sin la ayuda de un indicador de exposición
Freedman et al. SPIE 1897 (1993),472-479.
Gur D et al. Proc 18th European Congress of Radiology. Vienna Sep 12-17.(1993)154.
Barry Burns, UNC
IAEA
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¿Cuál sería la exposición apropiada?
• Seibert, et al Acad Radiol (1996) 4: 313-318
• QA based on exposure indicator reduces doses
• Willis Ped Radiol (2002) 32: 745-750
• 33% dose reduction if exposure indicator target followed
• AAPM Task Group #116 is effort to standardize indicators
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Cinco formas (criterios) para obtener una proyección
radiográfica con menor dosis a los pacientes
Disminuir la dosis al
receptor de imagen
Ennegrecimiento Contraste
(señal)
Ruido (% de la Nitidez
señal)
Artefactos Advertencias,
precauciones
Disminuye pero
amplifica el ruido
Aumenta
Posibles
Aumentar la eficiencia Aumenta
del receptor
Disminuye
Puede
disminuir
Puede modificar el
procesamiento
Limitado al 100%
Aumenta la conversión de
exposición a dosis
Aumentar la
penetración de la
radiación
Disminuye
Aumenta
ligeramente
(menor número
de fotones)
Disminuir la radiación
dispersa
Aumenta
Disminuye
Posibles
Combinar imágenes
"ruidosas"
Aumenta
Disminuye
Puede
Posibles
disminuir
Factor de Bucky
Registro, moviviento
• Cada método tiene consecuencias sobre los cinco
aspectos de la calidad de imagen
IAEA
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En los metadatos existe información importante sobre
la adquisición y el procesamiento en DR
• Objeto de CR o de DX
• Etiquetas obligatorias u
opcionales o privadas
• Introducción de datos
automática o manual
• Interpretación de los
metadatos de PACS
IAEA
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Nuevos artefactos debidos
a la naturaleza discreta de
la DR
• Patrón de
interferencia entre las
líneas de la rejilla
antidifusora fija y la
reducción de la
frecuencia de
muestreo al
representar
visualmente la
imagen
• Estas interferencias
desaparecen al
aplicar el zoom
• Selección inadecuada
IAEA
Radiation Protection in Digital Radiology
• Factor de
magnificación del
display por defecto
• Número de líneas 30
L01 Fundamentals of Digital
por Radiography
cm de la rejilla
La sensibilidad en función de la energía de los rayos
X difiere entre diferentes tipos de detectores
Martin Yaffe/Tony Seibert
1.0
Gd2O2S:Tb 120 mg/cm2 (Lanex)
BaFBr 100 mg/cm² (CR)
A-Selenium 25 mg/cm2
0.1
CsI:Tl 45 mg/cm2 (a-Si/CsI)
0.01
0
20
40
60
80
100
120
140
Energia de los fotones (keV)
¿Piensa Vd que sería adecuado utillizar el mismo valor de kV con todos estos tipos de detectores?
IAEA
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Tecnologías emergentes
El sistema de imagen EOS
Detector según Charpak (Premio Nobel): amplificación por
cascada de fotones en detector gaseoso (EOS Imaging company)
 Señal de alta ganancia, máxima sensibilidad
Detectors
X ray tubes
Dos proyecciones radiográficas simultáneas (PA y LAT) en decúbito
supino, obtenidas por barrido lineal de 5 cm a 180 cm (cuerpo entero)
de un haz de rayos X colimado en forma de abanico
La EOS permite reducir la dosis en un factor 10 respecto a la de CR
IAEA
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Ventajas de la radiología digital
• La imagen digital posee ventajas técnicas
prácticas sobre la película:
• Amplio rango dinámico de contraste,
• Funcionalidad de posprocesamiento,
• Múltiples opciones para representación visual
de las imágenes (display),
• Transferencia electrónica,
• Posibilidades de archivo electrónico.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L01 Fundamentals of Digital Radiography
¿Cómo hacer la transición de la imagen en
película a la técnica digital? I
• Debe planificarse la capacitación por anticipado.
• Para elegir bien el equipo, la conectividad y el
control de calidad se necesita asesoramiento de
calidad (no sólo de los fabricantes) y visitar otras
instalaciones.
• Se deben auditar cuidadosamente la dosis al
paciente y la calidad de imagen durante la
transición. Existe el riesgo de aumentar las dosis a
los pacientes.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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¿Cómo hacer la transición de la imagen en
película a la técnica digital? II
• Generalmente el ajuste inicial del control
automático de dosis en CR debería ser el mismo o
similar al del sistema existente de película con
pantallas. Posteriormente, una vez que los
radiólogos se hayan familiarizado con la técnica
digital, se debe iniciar un proceso de optimización
(que incluya posibles cambios de kV) y posible
reducción de dosis.
• Se debe estudiar la cabecera DICOM, ya que
contiene gran cantidad de información útil.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Lista de verificaciones con consejos
prácticos (ICRP 93) I
• Al introducir un nuevo sistema digital en la práctica
clínica, se debe ajustar el sistema para lograr el
mejor equilibrio entre la calidad de imagen y dosis
a los pacientes.
• Se debe evitar borrar imágenes que no sean útilies
para el diagnóstico en la estación de trabajo y se
debe llevar a cabo un análisis estadístico periódico
de la tasa de imágenes rechazadas.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Lista de verificaciones con consejos
prácticos (ICRP 93) II
• Familiarícese con las capacidades de su estación
de trabajo (capacidades de posprocesamiento,
opciones de visualización de imágenes en el
monitor, etc).
• Identifique correctamente todas las imágenes para
evitar perderlas en el PACS.
• Pida una calibración del control automático de
exposición, adecuada para el rango de
sensibilidad del sistema y del posprocesamiento
elegido.
IAEA
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Lista de verificaciones con consejos
prácticos (ICRP 93) III
• Evite exposiciones con técnica manual si el control
automático de exposición está disponible y se
puede utilizar. Pero asegúrese de que se utiliza
correctamente pues el posprocesamiento sólo
puede corregir algunos de los errores posibles.
• Controle el número de imágenes por examen, a fin
de que se mantenga igual o menor que en
radiología convencional.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Lista de verificaciones con consejos
prácticos (ICRP 93) IV
• Permita que los técnicos radiológicos dispongan
de una consola de trabajo para posprocesar
imágenes a fin de evitar repeticiones.
• Preste atención al indicador de dosis en el panel
del sistema de rayos x en los monitores de la sala
y utilice la información para optimizar las dosis a
los pacientes.
• Establezca un fácil acceso al PACS para revisar
imágenes obtenidas anteriormente, a fin de evitar
repeticiones.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Lista de verificaciones con consejos
prácticos (ICRP 93) V
• Preste atención a colimar adecuadamente el haz a
la zona anatómica deseada.
• Una vez adquirida la imagen, es posible que los
métodos numéricos (software) del equipo, supriman
parte de la imagen automáticamente, de manera
que cuanto el radiólogo la reciba no se percate de
que se irradió una zona anatómica más grande de lo
necesario.
• Seleccione la técnica preprogramada correcta,
evitando utilizar por error, por ejemplo, una técnica
abdominal (70-80 kV) para imagen de tórax (que
debería ser 120-130 kV), lo cual ocasiona una
mayor dosis en superficie de entrada.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Resumen
• Una imagen radiográfica digital es una matriz numérica, de variación
discreta de pixels y de niveles de gris.
• La naturaleza discreta de la imagen de DR es la fuente de sus
ventajas y limitaciones
• Las radiografías digitales pueden obtenerse por tres métodos:
• Digitalización de las radiografías obtenidas por el sistema de película
y pantallas
• Captación de los rayos X y digitalización no fotográfica
• Captación directa con o sin conversión en luz
• Las tecnologías DR tienen ventajas sobre las películas y pantallas
convencionales, en cuanto a la disponibilidad, flexibilidad y comodidad
• La utilidad de las imagen de DR se ve reforzada por la información de la
cabecera DICOM conteniendo datos demográficos, datos del examen y
del procesamiento,
• La DR tiene el potencial de dar exposición innecesaria al paciente,
excepto la radiografía digitalizada a partir de imagen en película
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Responda: correcto o incorrecto
•
•
•
Una imagen digital contiene el valor numérico
que representa la intensidad de la señal.
En radiografía computada (CR), la imagen
electrónica latente se procesa siguiendo un
proceso químico
Se utiliza Selenio amorfo para la captación
directa en los detectores de panel plano.
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
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Respuesta correcta o incorrecta
• Correcta. Una imagen digital es un archivo de
ordenador compuesto por elementos discretos o
pixels que representan la intensidad de la señal.
• Incorrecta. La imagen electrónica latente de la
placa de CR se lee mediante LASER
• Correcta. El Selenio amorfo en un detector de
panel plano de captura directa está acoplado
electrónicamente al transistor de película delgada
(TFT).
IAEA
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Radiation Protection in Digital Radiology
L01 Fundamentals of Digital Radiography
Referencias
• Managing patient dose in Digital Radiology
ICRP Publication 93 Ann ICRP 2004
Elsevier.
IAEA
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L01 Fundamentals of Digital Radiography