Radiómica: Registro y fusiónes de imágenes médicas
Invitados: Dr. Miguel Martin , Rafael Martin
Moderador: MSc. Omar Arias
El video «Radiómica: Registro y fusiones de imágenes médicas» presenta una discusión entre los profesores Miguel y Rafael Martín sobre el registro y la fusión de imágenes médicas. El objetivo principal del programa es explorar cómo se procesa la información obtenida de imágenes médicas, especialmente en relación con la radiómica y la inteligencia artificial, avanzando hacia el registro y la fusión de estas imágenes.
Introducción al Registro y Fusión de Imágenes Médicas:
- Se explica que en muchas ocasiones, para un paciente no es suficiente un solo estudio de imagen, sino que se necesita información proveniente de diferentes estudios, lo que hace necesario fusionar estas imágenes médicas.
- Se subraya que la fusión de imágenes no es simplemente superponer una imagen sobre otra, sino que implica un proceso llamado registro y luego la fusión propiamente dicha. El registro busca hacer coincidir geométricamente elementos presentes en el paciente que se observan en diferentes imágenes.
Motivación para el Registro de Imágenes:
- La principal razón que impulsa la necesidad del registro de imágenes es la gran cantidad de modalidades de imagen disponibles (resonancia magnética, tomografía, medicina nuclear, ultrasonido, termografía, etc.), cada una aportando información diferente.
- La combinación o fusión de esta información obtenida a través del registro aumenta la capacidad diagnóstica.
Aplicaciones Clínicas del Registro de Imágenes:
- Evaluación de la evolución de enfermedades y tratamientos a lo largo del tiempo. Esto incluye el análisis de movimiento, como en imágenes cardíacas, para cuantificar los cambios producidos.
- Tratamientos asistidos por imágenes o cirugía guiada por imágenes, donde la información de diferentes modalidades (tomografía, resonancia magnética) se co-registra con la posición de los instrumentos quirúrgicos, incluso en aplicaciones de realidad aumentada (por ejemplo, en obstetricia).
- Planificación de tratamientos, especialmente en radioterapia, donde el registro de imágenes es una práctica continua.
- Diagnóstico asistido por computador, al combinar información de diferentes modalidades para extraer características radiómicas relevantes.
- Análisis de poblaciones, mediante la construcción de Atlas que permiten establecer la variabilidad poblacional. Estos Atlas, como los del sistema nervioso central, ayudan en la segmentación de imágenes al comparar la imagen de un paciente con el Atlas y determinar si una patología se encuentra en alguna de las regiones definidas.
Fusión de Imágenes y Equipos Híbridos:
- En el caso de imágenes del mismo paciente, se habla de fusión de imágenes.
- Se menciona el ejemplo de los equipos híbridos PET/CT, que producen imágenes co-registradas de manera inherente. En estas imágenes fusionadas, típicamente la tomografía computarizada se muestra en tonalidades de gris (alta resolución espacial) y la imagen PET se representa con una paleta de colores (información molecular), mejorando el diagnóstico.
El Reto del Registro: Variabilidad del Paciente y Equipos:
- Se enfatiza que la necesidad del registro surge incluso cuando se realizan estudios secuenciales en diferentes equipos (por ejemplo, una tomografía y luego un SPECT).
- El paciente es un ser tridimensional y flexible, por lo que nunca estará posicionado exactamente de la misma manera en diferentes equipos.
- Diferencias en la alineación y el posicionamiento del paciente, así como las deformaciones causadas por la postura en cada equipo, son los principales problemas que el registro busca solucionar.
- El objetivo del registro es asegurar que la información de cada vóxel corresponda a la misma parte del paciente en todas las imágenes, a pesar de estas variaciones.
- Se destaca la importancia del registro en regiones con muchos órganos, como el abdomen, donde identificar con precisión un punto de interés (por ejemplo, una hipercaptación) requiere correlacionarlo correctamente entre diferentes estudios con posibles variaciones en intensidad o señal.
- También se mencionan diferencias en el tamaño del campo de visión, el tamaño de la matriz y la inclinación del paciente entre estudios como factores que hacen necesario el registro.
Diferencia entre Registro y Fusión:
- Se aclara que registro es el proceso de establecer la correspondencia espacial entre dos o más imágenes.
- Fusión es la decisión de cómo combinar la información de esas imágenes registradas.
- La fusión puede ser sencilla con dos imágenes (por ejemplo, ponderando la contribución de cada una), pero se vuelve más compleja al incluir más imágenes.
Elementos del Proceso de Registro:
- Se mencionan el uso de marcadores externos (fiduciales) y la utilización de tejidos u órganos particulares (como el hueso en el cráneo) para facilitar el registro.
Registro en Estudios Dinámicos con Contraste:
- Se describe el registro en estudios de resonancia magnética con realce de contraste dinámico, donde se toman múltiples imágenes en diferentes intervalos de tiempo. En estos casos, es crucial registrar las imágenes respecto a un tiempo inicial para compensar el movimiento del paciente y sincronizar la información, permitiendo analizar la evolución de la intensidad del contraste en el tejido tumoral y evaluar su respuesta.
Registro para la Creación de Atlas y Análisis Poblacional:
- Se explica cómo se construyen Atlas cerebrales a partir de múltiples imágenes de cerebros de pacientes, segmentadas por expertos. Al registrar la imagen de un nuevo paciente sobre este Atlas, se puede obtener la identificación automática de las regiones cerebrales, facilitando la segmentación y el análisis.
- El registro también se utiliza en análisis poblacionales para estudiar la variabilidad en características como la proporción de materia gris y blanca en diferentes regiones del cerebro, llevando múltiples imágenes a un cerebro simétrico de referencia.
- Se menciona la existencia de servicios en línea que realizan segmentación o análisis de imágenes enviadas por los usuarios.
Pasos Fundamentales en el Registro de Imágenes:
- Definir la imagen de referencia (fija) y la imagen que se va a registrar (móvil). Típicamente, se usa como imagen fija la de mejor resolución (anatómica), y la imagen móvil se refiere a ella (ejemplo: imagen PET referida a la imagen CT).
- Determinar el tipo de transformación espacial a utilizar para adaptar geométricamente la imagen móvil a la fija.
- Transformaciones rígidas: Traslación, rotación, angulación de ejes, cambio de escala. Son transformaciones lineales, paramétricas y comunes.
- Transformaciones no rígidas (o deformables): Modifican la forma del objeto. Son menos frecuentes y se utilizan en software más específico.
- Definir una función objetivo que mida la similitud entre las imágenes para evaluar qué tan bien se corresponden geométricamente.
- Definir un método de optimización que minimice o maximice la función objetivo para lograr el mejor acuerdo geométrico. La elección del método depende de la función objetivo.
Proceso Esquemático de Registro:
- Se define el modelo de transformación y posibles elementos reguladores.
- Se entra en un lazo iterativo:
- La imagen móvil se transforma según el modelo.
- La imagen móvil transformada se compara con la imagen fija.
- Si la similitud alcanza un nivel aceptable, se obtiene el resultado del registro.
- Si no, se modifican los parámetros del modelo de transformación y se repite el proceso.
- Finalmente, se realiza una etapa de evaluación para verificar si el registro ha sido exitoso.
Información Relevante de la Imagen para el Registro:
- Resolución de cada imagen.
- Tamaño de cada imagen (Field of View – FOV).
- Origen de coordenadas (típicamente una de las esquinas de la matriz de la imagen).
- Dirección de los ejes de la matriz de imagen en el espacio, que cambia con la transformación.
- Tamaño del píxel, que influye en la interpolación necesaria cuando los puntos transformados no coinciden exactamente con los píxeles de la imagen fija. Las interpolaciones deben realizarse con cuidado, especialmente en estructuras con bifurcaciones, para evitar errores.
Tipos de Transformaciones (Visualización):
- Se muestra una representación de transformaciones lineales (traslación, rotación, angulación, cambio de escala) aplicadas a una grilla que representa la matriz de píxeles.
- También se ilustran transformaciones no lineales, donde la deformación de la matriz es más irregular, aunque puede seguir reglas parametrizadas.
- Se menciona la cantidad de parámetros necesarios para diferentes transformaciones: tres para la traslación (en x, y, z) y tres ángulos para la rotación alrededor de los ejes.
