Fuente de adquisición de imágenes digitales (Tomografía Computarizada)

Introducción:

La tomografía computarizada muestra un corte o sección transversal del cuerpo. La imagen muestra huesos, órganos y tejidos blandos con mayor claridad a diferencia de las radiografías. Un uso muy útil es en la búsqueda de tumores ya que muestra la forma, el tamaño y la ubicación de este.

Fig 1. Tomografía computarizada

Funcionamiento:

Una CT usa un haz delgado como un lápiz para crear una serie de imágenes tomadas desde distintos ángulos. La información de cada ángulo se envía a una computadora que crea una imagen en blanco y negro, en donde se muestra un corte de una área del cuerpo; como si fuera una rebanada de pan. Se pueden utilizar materiales de contraste especiales para obtener una imagen más clara para conocer la forma de líquido, en un vaso sanguíneo, o en los intestinos a través del recto como un enema.

Fig 2. Partes del Gantry

Proceso o fenómeno que genera la fuente:

El tubo de rayos X (con ánodo de wolframio) y el generador de alta tensión se utilizan para producir el haz de rayos X. Los tubos utilizados tienen tamaños de foco variable según las necesidades de calidad de imagen (buena resolución a bajo contraste o alta resolución espacial). Durante un escaneo por TC, el paciente permanece recostado en una cama que se mueve lentamente a través del Gantry, mientras que el tubo de rayos X gira alrededor del paciente, disparando haces angostos de rayos X a través del cuerpo.

Proceso o fenómeno que permite detectar la señal emitida por la fuente:

Los escáneres de TC utilizan detectores digitales especiales de rayos X, localizados directamente al lado opuesto de la fuente de rayos X. Cuando los rayos X salen del paciente, son captados por los detectores y transmitidos a una computadora. Los equipos actuales de TC incorporan detectores de estado sólido. En los detectores de estado sólido casi todos los fotones que llegan son absorbidos. Su eficiencia de detección es prácticamente del 100%. Los detectores de estado sólido utilizados son de centelleo en el mayor de los casos, con fotodiodos adosados en la parte posterior del detector para convertir la luz en una señal eléctrica.

Proceso o fenómeno que permite el registro o grabación permanente de la señal (esto es, obtener la imagen digital):

Cada vez que la fuente de rayos X completa toda una rotación, la computadora de TC utiliza técnicas matemáticas sofisticadas para construir un corte de imagen 2D del paciente. Se almacenan los resultados y la información elemental de las numerosas mediciones de la transmisión de rayos X del objeto para reconstruir la imagen. La imagen y la cama motorizada se mueve poco a poco hacia adelante en el Gantry. El proceso de escaneo por rayos X se repite para producir otro corte de imagen. Este proceso continúa hasta que se recolecta el número deseado de cortes. Para la Antes de la reconstrucción, se toma el logaritmo de la inversa de la transmisión normalizada para cada medida, que equivale a una suma discreta de los productos de los elementos del paciente atravesados por el haz. Si se hace una retroproyección simple de los perfiles de transmisión medidos para reconstruir la imagen, se obtiene una imagen muy borrosa, es por eso que se requiere de una retroproyección filtrada, que se obtiene una reconstrucción óptima en donde se produce imágenes reconstruidas con resolución espacial óptima, aunque presentan también niveles de ruido relativamente altos. La computadora puede desplegar las imágenes de los cortes en formas individuales o amontonadas, para generar una imagen 3D del paciente que muestre el esqueleto, los órganos y los tejidos, así como cualquier anormalidad que el médico esté tratando de identificar.

Consideraciones:

Es necesario usar una bata, para mujeres quitarse el sujetador si este tiene refuerzo de alambre, no usar joya, piercings u otros objetos metálicos que pueden interferir con la imagen. También es necesario retirar prótesis dentales, audífonos, pinzas para el cabello ya que también pueden afectar las imágenes de la CT. Es necesario Informar al tecnólogo si tiene un marcapaso, puerto de infusión, u otro dispositivo médico implantado, esto para tomar medidas de cuidado adicionales si se va a escanear esa área.

Referencias:

National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering. (2020). Tomografía por computadora y el cáncer. Engineering the future of healt. https://www.cancer.org/es/tratamiento/como-comprender-su-diagnostico/pruebas/tomografia-por-computadora-y-el-cancer.html

American Cáncer Society. (2021). Tomografía Computarizada (TC). https://www.nibib.nih.gov/espanol/temas-cientificos/tomograf%C3%ADa-computarizada-tc

Imágenes diagnosticas de mazatlan. (2020, 13 febrero). ¿CÓMO FUNCIONA UNA TOMOGRAFÍA COMPUTADA? imagenesmazatlan. https://www.imagenesmazatlan.com/single-post/2020/02/13/-c%C3%B3mo-funciona-una-tomograf%C3%ADa-computada

Fuente de adquisición de imágenes digitales (Digitalizador Multiespectral-Imagen Satelital)

Introducción:

Una imagen satélite está compuesta por una matriz de puntos elementales (píxeles) generados por los captadores de los instrumentos de teledetección. Estos sensores miden la radiación reflejada por unidad de superficie para unas longitudes de onda determinadas (bandas). Las que más destacan son las pancromática de una banda (blanco y negro) y multiespectrales de varias bandas (A color).

Fig 1. Conjunto de píxeles de una imagen en escala de grises

Funcionamiento de la teledetección:

La Teledetección es la recopilación de información de la superficie terrestre sin entrar en contacto con ella, actualmente se realiza mediante sensores a bordo de satélites aerotransportados, dichos sensores miden la cantidad de radiación electromagnética que refleja la superficie de la tierra y los objetos que hay en ella. En el proceso de teledetección interactúa la radiación incidente y los objetos de interés, en la siguiente figura se muestra el proceso de teledetección.

Fig 2. Funcionamiento de la teledetección

Proceso o fenómeno que genera la fuente:

Propagación de la energía a través de la atmósfera, para ello es necesario disponer de una fuente de energía que ilumine o provea de energía electromagnética al objeto de interés, esto puede ser la luz solar, por ejemplo. Una vez que la energía viaja desde la fuente al objeto, entra en contacto e interacciona con la atmosfera.

Proceso o fenómeno que permite detectar la señal emitida por la fuente:

Posteriormente la energía viaja desde el objeto al sensor. La energía interactúa con el objeto dependiendo de las propiedades de este y de la radiación incidente. El sensor recolecta y graba la radiación electromagnética reflejada o emitida por el objeto y la atmosfera.

Proceso o fenómeno que permite el registro o grabación permanente de la señal (esto es, obtener la imagen digital):

La energía grabada por el sensor es transmitida, normalmente en forma electrónica, a una estación de recepción y procesamiento donde los datos son convertidos en imágenes digitales.

Consideraciones: En las imágenes satelitales se pueden tener distorsiones  geométricas que deben ser  minimizadas estableciendo una relación matemática entre las coordenadas de los píxeles en la imagen y los correspondientes puntos sobre el terreno.

Referencias:

Jensen, J.R. (2005). Digital Image Processing: a Remote Sensing Perspective (3ª edición). Prentice Hall.

Jensen, J.R. (2007). Remote sensing of the environment: an Earth resource perspective (2ª edición). Prentice Hall.

CNICE. (2006). Imágenes digitales y Teledetección. Imágenes digitales y Teledetección. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material121/unidad1/i_concepto.htm

Fuente de adquisición de imágenes digitales (Microscopio Electrónico)

Introducción:

El microscopio electrónico es de mucha utilidad en la investigación científica debido a su poder de aumento. Con este tipo de microscopio es posible aumentar imágenes de muestras hasta niveles muy superiores a los del microscopio óptico y gracias a ellos los científicos pueden visualizar todo aquello considerado de tamaño microscópico con mayor detalle.

Fig 1. Fotografía tomada con microscopio electrónico

Funcionamiento:

El microscopio electrónico tiene un funcionamiento que se basa en utilizar electrones en lugar de luz visible. La longitud de onda con la que se mueve un electrón es inversamente proporcional a su velocidad. Es decir, si los electrones son acelerados a altas velocidades pueden obtenerse longitudes de onda muy cortas.

Fig 2. Partes de un Microscopio electrónico

Proceso o fenómeno que genera la fuente:

La fuente de electrones es un emisor de electrones. Se utiliza un filamento de tungsteno que es calentado de modo que la energía de sus átomos y electrones aumenta. A partir de un nivel energético los electrones poseen suficiente energía para escapar de sus átomos. Estos electrones libres son dirigidos hacia la muestra. Los microscopios electrónicos utilizan lentes electromagnéticas. Estas lentes generan campos eléctricos y magnéticos de modo que su interacción con los electrones hace que sus trayectorias diverjan o converjan en un punto. El proceso debe llevarse a cabo dentro de una cámara de vacío. Pues de no hacerse, los electrones interactuarían con las moléculas del aire y no sería posible determinar sus trayectorias adecuadamente.

Proceso o fenómeno que permite detectar la señal emitida por la fuente:

Una vez los electrones han impactado contra la muestra es necesario medir algún tipo de información para poder reconstruir la imagen de la muestra. Mediante una pantalla fluorescente, en donde esta reacciona de modo distinto según cual sea el número de electrones que impactan en ella y se detectan las zonas donde impactan más o menos electrones y deducir así la imagen de la muestra. Existen alternativas a las pantallas fluorescentes, como los sensores CCD.

Proceso o fenómeno que permite el registro o grabación permanente de la señal (esto es, obtener la imagen digital):

La información capturada por la pantalla fluorescente es transmitida a un ordenador que puede asignar colores artificiales a la imagen obtenida. Dado que nuestros ojos no están preparados para detectar electrones debemos incorporar este elemento detector en un microscopio electrónico.

Referencias:

Mundo microscópico. (2021, 1 enero). El microscopio electrónico. https://www.mundomicroscopio.com/microscopio-electronico/

Davey, R. (2019, 23 octubre). Ventajas y desventajas de la microscopia electrónica. News-Medical.Net. https://www.news-medical.net/life-sciences/Advantages-and-Disadvantages-of-Electron-Microscopy-(Spanish).aspx

Ingeniatic. (2011). Microscopio electrónico. https://www.etsist.upm.es/estaticos/ingeniatic/index.php/tecnologias/item/520-microscopio-electr%C3%B3nico.html

Fuente de adquisición de imágenes digitales (Rayos X)

Introducción:

Los rayos X cercanos a la banda ultravioleta de espectro se conocen como “blandos”, y los que están próximos a la banda de la radiación gamma, se conocen como “duros”. Tanto la luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los electrones atómicos de una órbita a otra.

Fig 1. Proceso de toma de radiografía

Funcionamiento

Los rayos X se producen cuando un haz de electrones proyectil de alta energía, acelerados a través de un voltaje de miles de voltios, choca con el blanco (tungsteno) del tubo de rayos X. Los electrones proyectil interaccionan con los electrones orbitales o los núcleos del blanco por tres mecanismos diferentes que dan lugar a emisiones energéticas diferentes.

Fig 2. Funcionamiento de los Rayos X

El cuerpo humano está formado por tejidos de distintas densidades. Es por ello que para cada parte del cuerpo será necesaria una distinta intensidad de rayos X. La penetración de los rayos X aumenta conforme aumenta la energía de los fotones. Se obtienen imágenes radiográficas con más detalle cuanto es mayor la penetración.

Fig 3. Energía de penetración necesaria para cada parte del cuerpo

Proceso o fenómeno que genera la fuente:

El tubo de rayos X es una válvula de vacío que produce rayos X, los cuales son emitidos mediante la colisión de electrones producidos en el cátodo (polo negativo), contra los átomos del ánodo (polo positivo).

Proceso o fenómeno que permite detectar la señal emitida por la fuente:

Los haces de rayos X pasan a través del cuerpo y se absorben en diferentes cantidades según la densidad del material a través del cual pasan; de esa interacción surge la información sobre las estructuras atravesadas y se incide sobre la placa radiográfica o receptor alternativo.

La placa radiográfica es un soporte base formado por cristales de plata, que absorben los rayos X durante la exposición y almacenan la energía. Para poder emplearla se introduce en un chasis que cuenta en su interior con elementos denominados placas de refuerzo que producen cierta luminiscencia que ayuda a potenciar la imagen creada por los rayos X. Los cristales de plata son alterables por la luz visible y por ello debe permanecer siempre a oscuras.

Proceso o fenómeno que permite el registro o grabación permanente de la señal (esto es, obtener la imagen digital).

De la energía almacenada, se forma un patrón, lo que se puede traducir a una imagen invisible dentro de los cristales de la emulsión en la placa expuesta, el patrón de energía almacenada no se puede observar y se le conoce como imagen latente. Para obtener la imagen definitiva se realiza el procesado de la placa radiográfica ya sea revelado o digital.

Para imagen impresa

El procesado de la placa radiográfica se realiza en cuatro fases bien definidas para la obtención de la imagen visible:

Revelado: convierte la imagen latente en visible gracias al ennegrecimiento producido por el depósito de la plata metálica sobre el poliéster de la placa.

Fijado: elimina los haluros de plata que no han reaccionado con los líquidos del revelador.

Lavado: elimina el exceso de todos los productos químicos utilizados.

Secado: elimina la humedad de la placa para su visualización y almacenamiento.

Para imagen digital

El chasis que se usa en la radiología digital contiene dentro una película que se impresionará tras la exposición radiológica, después el chasis se coloca en el escáner, el que de forma automática abre el chasis, extrae la película, la escanea, pasa la información al ordenador (para el posterior procesado), borra la película mediante una luz y la reintroduce en el chasis para el siguiente uso.

Recomendaciones: 

No usar joyas, gafas u objetos metálicos que puedan salir en las imágenes y a veces tendrás que llevar una bata hospitalaria, ya que dichos objetos y algunas prendas pueden oscurecer las imágenes.

Referencias:

Alcaraz Baños, M. (2002). Bases físicas y biológicas del radiodiagnóstico médico. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Murcia, Murcia, (pp. 21-36).

Pizzutiello, R.J. Y Cullinan, J.E. (1999). Introducción a la Imagen radiográfica Médica”. División Diagnóstico por Imagen, Kodak, Valencia.

Asepeyo. (2014, 10 junio). Radiología digital. Asepeyo salud. https://salud.asepeyo.es/profesionales/radiologia-digital/

Fuente de adquisición de imágenes digitales (SONAR):

Introducción:

SONAR significa por sus siglas Sound Navigation And Ranging. El sónar se aprovecha de la trasmisión de ondas sonoras a través del agua para poder recoger información del fondo de un modo similar a lo que realiza el radar en tierra firme.

Fig 1. Representación del funcionamiento de SONAR

Funcionamiento:

Un dispositivo de SONAR envía pulsos de ondas de sonido a través del agua. Cuando los pulsos golpean objetos como fauna, flora o el terreno submarino, se reflejan de nuevo en la superficie. SONAR mide el tiempo que tarda la onda de sonido en bajar, golpear un objeto y luego rebotar. En todo este proceso se utilizan matrices, que son procesadas en cada una de las etapas de la adquisición y en las partes principales del sonar, que son transmisor, emisor, receptor e indicador, hasta obtener como salida una imagen con información. Los SONARES pueden estar en vehículos aéreos, submarinos y marítimos.

Fig 2. Diagrama de propagación de ondas

Proceso o fenómeno que genera la fuente:

En este caso el proceso que genera la fuente son los impulsos ultrasónicos que el transmisor emite a través del emisor. El sonar pasivo detecta objetos sin emitir, escucha directamente los sonidos de los objetos que permanecen sumergidos.

Proceso o fenómeno que permite detectar la señal emitida por la fuente:

El receptor capta una señal de eco formada por los impulsos que se reflejan cuando las ondas chocan con un objeto, lo que permite detectar la señal emitida por la fuente. Para el sonar pasivo la onda recorre únicamente la distancia entre el objeto y el receptor.

Proceso o fenómeno que permite el registro o grabación permanente de la señal (esto es, obtener la imagen digital):

El receptor amplifica la energía de las ondas del eco y genera una señal que es enviada al indicador, constituido por una pantalla en la que se ve el objeto en el que han rebotado las ondas; se visualiza la información.

Referencias:

Deeper. (2020). Cómo funciona el Sonar. Como funciona el SONAR. https://deepersonar.com/es/es_es/como-funciona/como-funciona-el-sonar#:%7E:text=Un%20dispositivo%20de%20sonar%20env%C3%ADa,un%20objeto%20y%20luego%20rebotar

Hackmann, Willem D. (1984). Seek & Strike: Sonar, Anti-submarine Warfare, and the Royal Navy. Londres: HMSO.

Ainslie, M. (2010). Principles of Sonar Performance Modelling (2010 ed.). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-540-87662-5