A los efectos de evaluar la calidad de las imágenes que generan los aparatos de tomografía computarizada (TC) y definir protocolos para la detección de nódulos, los radiólogos, biomédicos y físicos médicos recurren a dispositivos que hacen las veces de muñecos de pruebas. En lugar de realizar estudios en humanos, toda vez que el exceso de radiación puede resultar perjudicial para la salud, estos profesionales disponen dentro de esas máquinas objetos simuladores que hacen posible calcular cuál es la dosis más adecuada para la realización de estudios en una determinada parte del cuerpo. A esos objetos se les da el nombre de phantoms o fantomas.
En la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, un proyecto encabezado por el físico Paulo Roberto Costa, del Departamento de Física Nuclear del Instituto de Física (IF) de dicha casa de altos estudios, dio como resultado un nuevo phantom para TC de pulmón, un examen que se aplica para la detección precoz de uno de los cánceres más letales. Fueron más de 1.800.000 muertes ocasionadas por cánceres de pulmón en el mundo en el año 2022. Y en Brasil, esta afección cegó la vida de 28.600 personas en 2020.
“Nuestro phantom combina las funcionalidades conocidas y ya afianzadas, que se adoptan para la optimización de los equipos de TC, con la posibilidad de producir imágenes de una apariencia similar a la del área pulmonar humana”, afirma Costa. El dispositivo es híbrido: evalúa y cuantifica al mismo tiempo parámetros físicos de calidad de las imágenes y las características antropomórficas del órgano, tales como los tipos de tejidos presentes en los pulmones. Su desarrollo, que se puso en marcha hace cinco años, contó con el apoyo de la FAPESP. Y el artículo científico referente a este trabajo salió publicado en la revista Medical Physics en el mes de agosto.
El phantom creado en el IF-USP se basa en parte en un modelo diseñado en la Universidad Duke, en Estados Unidos, que posteriormente se adaptó y que en la actualidad lo comercializa con el nombre de Mercury la empresa Sun Nuclear, que no es específico para una parte del cuerpo humano. Este phantom suministra información cuantitativa referente a la resolución, al contraste y al ruido de las imágenes, por ejemplo, para concretar las pruebas de un tomógrafo, mientras que el que desarrollaron los científicos brasileños aplica técnicas de impresión 3D y resinas para que el dispositivo adquiera un carácter antropomórfico y se generen imágenes tomográficas realistas como las que se obtienen con los pacientes en el día a día de los radiólogos. Los modelos 3D se imprimieron en el Centro de Tecnología de la Información Renato Archer, en la ciudad de Campinas (São Paulo).
Léo Ramos Chaves/Revista Pesquisa FAPESPSimulación de un estudio de tomografía computarizada realizada con el fantoma diseñado en la USPLéo Ramos Chaves/Revista Pesquisa FAPESP
“Los phantoms comerciales como el Mercury aportan la ventaja de poder probar los tomógrafos de manera más abarcadora, pero no permiten evaluar con mayor especificidad las propiedades singulares de una parte del cuerpo”, explica Costa. Por ello el grupo paulista decidió enfocarse en las especificidades de los pulmones. De acuerdo con el físico, la calidad de las imágenes radiológicas es proporcional a las dosis de radiación utilizadas. En otras palabras: altas dosis permiten obtener imágenes de alta calidad, en tanto que las bajas pueden comprometer el resultado clínico. “Es difícil arribar a un equilibrio entre la seguridad de los pacientes y la obtención de imágenes de buena calidad”.
Colaboración internacional
Este trabajo contó con la colaboración de radiólogos especializados en imágenes pulmonares, entre ellos el director del cuerpo clínico del Instituto de Radiología del Hospital de Clínicas de la Facultad de Medicina de la USP (FM-USP), Marcio Sawamura. “Brindé mi apoyo en la parte médica del proyecto. Separamos imágenes de pacientes reales para emplearlas como modelos. Seleccionamos imágenes de nódulos pulmonares e intentamos construir modelos que los reprodujesen. Luego revisamos las imágenes captadas con los diversos materiales utilizados en la simulación de los nódulos para ver cuáles eran más parecidos a los de verdad”, comenta Sawamura.
Una parte de la validación del dispositivo se realizó en el Centro Médico de la Universidad Radboud, en Nimega, Países Bajos, entre 2023 y 2024. Durante ese período, se sometió al phantom a mediciones realizadas en dos equipos de TC de última generación. “Estuve un año en Países Bajos gracias una beca de investigación en el exterior de la FAPESP. Durante ese lapso mantuve un intenso intercambio con el radiólogo Bram Gertus con miras a arribar a un modelo confiable del phantom”, afirma el físico.
Costa llevó en su equipaje el phantom, que pesa 60 kilos. “Posee una parte sólida que es pesada. Cuando se lo pone parado, parece un pastel de bodas”, comenta. En esa estructura principal, elaborada en polietileno de ultraalto peso molecular, van módulos encastrables con cinco diámetros distintos, de 12 a 37 centímetros, que representan a los pacientes de diferentes tamaños. Se la emplea en las dos configuraciones. En la tradicional, pequeñas placas dispuestas en su interior captan los datos numéricos que traducen las principales características del tomógrafo. Como en un juego de encastre, para la versión antropomórfica, se pone otro grupo de inserts o insertos que imitan las propiedades de los tejidos de la zona pulmonar y de distintos tipos de nódulos.
“Considero que se trata de un trabajo de excelencia y visionario. Resulta sumamente difícil la construcción de un fantoma antropomórfico para simular el pulmón, a causa de sus pequeñas estructuras anatómicas”, comenta la física Diana Rodrigues de Pina, del Departamento de Infectología, Dermatología, Diagnóstico por Imágenes y Radioterapia de la Facultad de Medicina de Botucatu, de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), quien no participó en el desarrollo.
El producto diseñado en la USP, dice Rodrigues de Pina, cubrirá un vacío existente en Brasil, ya que, si bien existen phantoms de pulmones para TC disponibles en el mundo, resulta difícil acceder a ellos y su costo es elevado, de alrededor de 130.000 reales. Un punto fuerte de este dispositivo nacional, para la física de la Unesp, reside en el hecho de que se trata de un artefacto híbrido. “Ayudará a los médicos radiólogos a analizar las imágenes y hará posible la implementación de protocolos en empresas nacionales que prestan servicios de control de calidad de tomógrafos”, añade la investigadora.
Costa negocia con una empresa para concretar una asociación con miras a perfeccionar el prototipo. “El actual es una prueba de concepto. Dentro de algún tiempo, pretendemos llegar a una versión comercial”, dice el investigador. “Ahora que hemos demostrado su aplicabilidad y su potencial de uso para la optimización de tomógrafos, estamos trabajando en otras herramientas para mejorar el estudio de casos en el diagnóstico del cáncer”, destaca el físico. Una de las innovaciones previstas consistirá en el desarrollo de otros modelos antropomórficos para mimetizar neumonías, infecciones y otros hallazgos que se revelan en las imágenes tomográficas. Se está contemplando el empleo de herramientas de IA para cuantificar volúmenes de nódulos.
Los buenos resultados obtenidos con el phantom de pulmón estimularon a Costa a dedicarse a dos nuevos proyectos. “Estamos perfeccionando un modelo de abdomen compuesto por piezas impresas em 3D representativas del hígado, el bazo y los riñones, y luego pondremos en marcha las pruebas de validación”, declara. “El otro es un dispositivo de simulación del cráneo y se encuentra en un estadio avanzado”.
Este artículo salió publicado con el título “Un simulador de pulmón” en la edición impresa n° 357 de Noviembre de 2025.
Proyectos
1. Aplicación de técnicas de manufactura aditiva para la producción de objetos simuladores para tomografías computarizadas (22/11457-0); Modalidad Ayuda de Investigación – Regular; Investigador responsable Paulo Roberto Costa (USP); InversiónR$ 144.921,18.
2. Desarrollo, validación y aplicación de técnicas para la evaluación de protocolos tomográficos de bajas dosis (23/03945-8); ModalidadBecas en el exterior – Investigación; Investigador responsable Paulo Roberto Costa (USP); Becario Paulo Roberto Costa (USP); Inversión R$ 258.699,05.
Artículo científico
COSTA, P. R. et al. Hybrid Phantom for lung CT: Design and validation. Medical Physics. v. 52, n. 8 ago. 2025.
