Radiómica: Registro y fusiónes de imágenes médicas.

Radiómica: Registro y fusiónes de imágenes médicas

Invitados: Dr. Miguel Martin, Dr. Rafael Martin   

Moderador: MSc.  Omar Arias

Los profesores Miguel y Rafael Martín contextualizan la discusión dentro del ámbito más amplio de la radiómica, señalando que el registro y la fusión de imágenes son el siguiente paso lógico después de analizar imágenes médicas individualmente y con la ayuda de la inteligencia artificial. Se enfatiza que, a diferencia del procesamiento de imágenes tradicional que modifica las intensidades de los píxeles, el registro de imágenes se centra en la modificación geométrica de las imágenes para que coincidan elementos del paciente presentes en diferentes estudios. La fusión de imágenes, por otro lado, implica la combinación de la información obtenida de diferentes estudios.

La principal motivación para realizar el registro de imágenes es la disponibilidad de múltiples modalidades de imagen (resonancia magnética, tomografía, medicina nuclear, ultrasonido, termografía, etc.), cada una proporcionando información diferente y complementaria. La combinación de esta información a través del registro y la fusión aumenta la capacidad diagnóstica.

Se mencionan diversas aplicaciones clínicas del registro de imágenes:

• Evaluación de la evolución de enfermedades y tratamientos.
• Análisis de movimiento, como en imágenes cardíacas.
• Tratamientos asistidos por imágenes o cirugía guiada por imágenes, donde información de diferentes modalidades se corre-registra con la posición de los instrumentos quirúrgicos, incluyendo aplicaciones en realidad aumentada (ej., obstetricia).
• Planificación de tratamientos en radioterapia, una aplicación cotidiana.
• Diagnóstico asistido por computador, al combinar imágenes para extraer características radiómicas.
• Análisis de poblaciones, para construir atlas que permitan estudiar la variabilidad poblacional y realizar segmentación de imágenes basada en atlas (ej., atlas del sistema nervioso central).

Se destaca el caso de los equipos híbridos como PET-CT, que ya producen imágenes inherentemente corre-registradas, superponiendo la información metabólica (PET) con la información anatómica de alta resolución (CT). Sin embargo, la necesidad de registro se vuelve crucial cuando se deben fusionar estudios adquiridos por separado en diferentes equipos, donde pueden existir diferencias en el campo de visión, tamaño de matriz y la posición del paciente, a pesar de los esfuerzos por reproducirla.

Se diferencia claramente entre registro y fusión: el registro es el proceso de lograr la correspondencia espacial entre dos imágenes, mientras que la fusión es la decisión de cómo combinar la información de esas imágenes. La fusión se vuelve más compleja al involucrar más de dos imágenes. Se anticipa que el curso sobre procesamiento de imágenes médicas profundizará en el uso de marcadores externos (fiduciales) y estructuras anatómicas (como el hueso craneal) para el registro.

Se presenta un ejemplo de fusión con cuantificación en estudios de resonancia magnética dinámica con contraste en cáncer de mama, donde el registro es fundamental para analizar la evolución del contraste en el tiempo en el mismo vóxel, corrigiendo los posibles movimientos del paciente.

Otro ejemplo importante es la creación de atlas a partir de múltiples imágenes cerebrales registradas, lo que permite identificar regiones cerebrales en nuevas imágenes de pacientes y facilita estudios de segmentación y variabilidad poblacional. Incluso existen servicios en línea que realizan segmentación y análisis basados en el envío de imágenes.

Se describen los pasos fundamentales para cualquier protocolo de registro de imágenes:

• Definir la imagen de referencia (fija) y la imagen a registrar (móvil). Típicamente, la imagen fija es la de mejor resolución y con información anatómica.
• Determinar el tipo de transformación espacial a utilizar:
  • Transformaciones rígidas: Traslación, rotación, cambio de escala y angulación de los ejes. Son transformaciones lineales, paramétricas y comunes.
  • Transformaciones no rígidas: Deforman el objeto. Menos frecuentes y más específicas.
• Establecer una función objetivo que mida la similitud entre las imágenes.
• Definir un método para minimizar o maximizar esa función objetivo y lograr el acuerdo geométrico.

El proceso de registro se presenta como un lazo iterativo donde se aplica una transformación a la imagen móvil, se compara con la imagen fija, y si la similitud no es adecuada, se modifican los parámetros de la transformación y se repite el proceso hasta alcanzar un resultado satisfactorio. Finalmente, es crucial evaluar si el registro ha sido exitoso.

Se discuten factores que influyen en el registro, como la resolución y el tamaño de las imágenes, el origen de coordenadas, la dirección de los ejes de la matriz de imagen, el tamaño de píxel y la necesidad de realizar interpolaciones, las cuales pueden introducir errores si no se realizan cuidadosamente.

Se ilustran transformaciones lineales (traslación, rotación, angulación, escalado) y no lineales (deformaciones irregulares pero potencialmente parametrizadas). Se menciona brevemente la cantidad de parámetros necesarios para algunas transformaciones rígidas (ej., tres para traslación, tres para rotación).

Para ver conversatorio ingresar al video publicado.