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_________________________________ CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO En este capítulo se exponen los trabajos que constituyen antecedentes de la

investigación, así como la fundamentación teórica sobre la cual se sustenta

la presente investigación; igualmente, la definición de términos básicos y se

describe el sistema de variables objeto de estudio.

1. ANTECEDENTES En este punto se hace referencia a algunas investigaciones realizadas sobre

el objeto de estudio, entre ellas cabe destacar las siguientes:

En este sentido se presenta el trabajo realizado por Calot (2008) titulado

“Reconocimiento de patrones en imágenes médicas basado en sistemas

inteligentes”. Tuvo lugar en la Universidad de Buenos Aires, Argentina,

laboratorios de sistemas inteligentes, facultad de ingeniería.

Dicha investigación fue un trabajo para optar a grado el cual fue sustentado

por los autores Zorma (2003) y Zrimec (2007) entre otros. Actualmente la

problemática de costos y resolución en la obtención de imágenes médicas en

equipos de resonancia magnética, se han investigado diversas estrategias

para atacar el problema y se han obtenido diferentes

enfoques, Caloten su investigación hace el uso de tecnologías tales como

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las redes neuronales y las back propagation o de retro propagación

queriendo simular el procesamiento de entradas en forma similar a lo que lo

hace el cerebro.

Están compuestas, básicamente, por pequeñas unidades llamadas neuronas

que pueden ser enlazadas entre sí. Esta estructura recibe una entrada de

datos que luego de ser adaptada para que tome valores aceptados por las

neuronas, son ingresados en algunas de ellas (neuronas de entrada) y luego

siguiendo las conexiones simples entre las neuronas, se va propagando la

información, hasta llegar a las neuronas de salida. Como también utiliza una

tecnología aplicada al procesamiento gráfico, Operador Sobel el cual permite

detectar bordes en imágenes de resonancia magnética.

Desde el punto de vista metodológico el estudio se enmarco en una

investigación de tipo descriptiva, proyectiva, de campo no experimental y

transversal. El proceso de recolección de datos estuvo basado en la

observación directa y en la entrevista no estructurada (Sondeo). Las cuales

arrojan el resultado deseado.

El trabajo de grado antes mencionado se relaciona en cuanto a que

presenta un sistema de detección de patrones mediante el uso de imágenes

médicas obtenidas a partir de un equipo de resonancia magnética, dichas

imágenes serán procesadas por diversas técnicas aplicadas por Calot las

cuales serán muy útiles durante el desarrollo de están investigación.

Se incluye de igual manera, el estudio de Barberis (2009),titulado:

“Aplicación de un sistema automático de procesamiento de imágenes

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médicas basadas en estándares”.Trabajo realizado en el Instituto Balseiro,

Universidad Nacional del Cuyo, Argentina. Fue una tesis de maestría en

física medica la estuvo sustentado por los autores Dreyer (2006), Pryor

(2006) entre otros.

La tesis describe las especificaciones del estándar DICOM y así mismo

ofrecer una herramienta que permita mayor sinergia entre los equipos de

FUESMEN (Fundación Escuela de medicina Nuclear, Mendoza) y el personal

afectado a tareas eminentemente clínicas.

De este modo los nuevos algoritmos desarrollados se pueden aplicar

rápidamente en la clínica. Al implementar este sistema sobre la red de

trabajo que conecta los diferentes servicios, queda disponible para recibir

pedidos de procesamiento desde cualquier nodo conectado.

Dicho proyecto de investigación se consideró de tipo aplicado, factible,

descriptivo y con modalidad de campo. Su técnica de recolección de

datos fue la observación directa y las entrevistas no estructuradas.

Esta investigación tiene relevancia con la presente debido a que se fue

aplicado el estándar de comunicación DICOM, el cual nos permite el enlace

entre ordenadores y los equipos en las diferentes áreas médicas, en el caso

de esta investigación los equipos de resonancia magnética.

Adicionalmente Pérez Penichet(2009), cuyo estudio fue una tesis de

diploma, titulado “Procesamiento e interpretación de imágenes en micro-

flujos bacterianos”, realizado en la Facultad de Física, Universidad de La

Habana.

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Penichet, aplicó un grupo de técnicas de procesamiento digital de imágenes,

a mediciones de materia activa en canales microfluídicos; estas son

empleadas para estudiar las propiedades del flujo establecido en una celda

microfluídica real así como para evaluar cuantitativamente un nuevo

fenómeno de rompimiento de simetría en micro-flujos de bacterias. Penichet

sustentó su investigación en autores como Howard y Berg (2004), Hill (2007),

Kalkanci (2007), entre otros.

Asimismo, el estudio se clasificó como de tipo proyectivo, descriptivo y de

campo considerando que la finalidad, el método y la forma de obtener los

datos fueron orientados a analizar las características de las variables cuya

fuente de conocimiento fue la realidad investigada. Como técnicas de

recolección de datos fue utilizada la entrevista informal, observación directa y

revisión documental; los instrumentos fueron una guía de observación.

La presente investigación tiene correlación en cuanto a las técnicas

aplicadas para el procesamiento de imágenes, los diferentes filtros

electrónicos aplicados a materia activa para ser visualizada en los canales

microfluídicos del cuerpo humano, dichos filtros serian de gran utilidad desde

una perspectiva física aplicada en una interfaz electrónica.

Otro estudio a destacar es el de Castrillón Fernández (2010), titulado

“Medición no invasiva de la concentración de hierro en hígado mediante

resonancia magnética nuclear de 1.5T”. Realizado en el Instituto Balseiro,

Universidad Nacional de Cuyo, Argentina.Cuyo objetivo es la implementación

de un método para la medición no invasiva de la concentración de hierro en

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el hígado, usando imágenes de resonancia magnética nuclear de 1.5T,

debido a que la biopsia hepática provee alto riesgo al paciente, además de

ser invasiva e incómoda.

La medición del hierro en el hígado mediante Imágenes de resonancia

magnética reduce el tiempo de análisis del valor de la concentración de

hierro, igualmente esta técnica permite un apoyo visual a los especialistas y

fortalece las pruebas realizadas con las otras técnicas utilizadas para darle al

paciente un diagnóstico rápido, económico y no invasivo. Esta investigación

fue sustentada por autores como Pérez (2005), Vittori (2005), Ponka (1997),

entre otros.

Por consiguiente, la misma se fundamenta en la información relacionada con

el estado real de las personas, objetos y fenómenos, tal cual se presentaron

en el momento de su recolección de los datos y se efectuó a través de un

cuestionario aplicado a la totalidad de la población.

La semejanza entre dicho estudio y el presente es la utilización de un

equipo de resonancia magnética con la aplicación conjunta de procesamiento

de imágenes, en el caso de estudio hablado el equipo trabajó bajo un campo

magnético de 1.5T, el cua l fue de gran utilidad ya que las imágenes

obtenidas mostraban por consiguiente una buena calidad para los estudios

realizados.

Así como también el trabajo aporta especificaciones técnicas de los equipos

de resonancia magnética, dichas características son de gran utilidad en la

realización del estudio presente.

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Por otra parte Cancio del Busto (2010), Universidad Politécnica de

Valencia (España), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática,

realizó un proyecto titulado: “Desarrollo de una interfaz gráfica de usuario en

entorno MATLAB para el manejo de software de segmentación de imágenes

RMN”. Sustentado por algunos autores como: Manjon (2007), PierrickCoupe

(2008), entre otros.

Dicho estudio estaba basado en la aplicación del software MATLAB para la

obtención de imágenes en resonancia magnética nuclear (RMN) partiendo de

una interfaz gráfica, como resultado de este proyecto se ha obtenido un

software usable, en el que se ha hecho todo lo posible por automatizar todas

las tareas de tratamiento de imágenes médicas, y hacerlo lo más sencillo

posible. También se trabajó con el concepto voxel (Volumetric Pixel o mas

correctamente Volumetric Picture Element) que es una unidad cubica que

compone un objeto de forma tridimensional.

La metodología aplicada en el estudio se enmarco en una investigación de

tipo descriptiva, proyectiva, de campo experimental. El proceso de

recolección de datos estuvo basado en la observación directa y en la

entrevista no estructurada (Sondeo).

El aporte que muestra este estudio con el presente es que se basa en la

aplicación del software o herramienta grafica MATLAB, partiendo de las

imágenes obtenidas del equipo de resonancia magnética, el cual les permite

procesar, corregir e incluso editar las imágenes que se están procesando

mediante la interfaz gráfica. Como se ha de notar MATLAB es uno de los

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programas más utilizados para la adquisición de imágenes, la aplicación, el

uso y las diversas técnicas usadas en el estudio serán la mayor utilidad para

la investigación presente.

2.BASES TEÓRICAS Para toda investigación, es de importancia las fundamentaciones teóricas

que sustenten y le den validez al estudio. En este sentido, se presentan las

bases teóricas de la investigación, de las cuales se establecen proposiciones

y conceptos que constituyen un punto de vista o enfoque dirigido a explicar el

fenómeno o problema planteado.

2.1 INTERFAZ

El concepto de interfaz se desarrolla en un ambiente informático, cuyo

entorno puede describirse con términos como: computación gráfica,

multimedios, hipermedios interactivos, ciberespacio, realidad virtual y

telepresencia, Bonsiepe (1998, p.134).

En el mismo orden de ideas Floyd (2000, p. 824), dice que se conoce

como interfaz o interconexión al dispositivo mediante el cual existe un dialogo

entre C.P.U y una unidad externa, por ejemplo una pantalla, impresora, entre

otros.

En el contexto de la interacción persona-ordenador, la interfaz de usuario,

es el espacio que media la relación de un sujeto y un ordenador o sistema

interactivo; siendo la ventana de un sistema informático, que posibilita a una

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persona interactuar con él. 2.1.1INTERFACES DE E/S EN UN PC. Floyd (2000, p. 854), definía las interfaces E/S comotodos los puertos de uso

específico y general que les permiten comunicarse con dispositivos externos

y/o otros computadores. Entre estos puertos se encuentran los puertos

Centronics, llamados también puertos paralelos, ya que la data se transmite

de forma paralela, a través de ellos.

Estos puertos son usados exclusivamente para enviar datos a dispositivos

externos de salida, generalmente impresoras, es por esto que no pueden ser

considerados como puertos bidireccionales desde el punto de vista de la

data, pues su misión es la de enviar datos al exterior.

Además de estos puertos, están los puertos de comunicación serial,

llamados COM1, COM2, COM3, que si son bidireccionales, pues a través de

ellos se puede recibir y enviar data, aunque en forma serial, es decir un bit

después de una misma línea de transmisión.

Estos puertos presentan la desventaja de necesitar de dispositivos de

conversión de serial a paralelo y viceversa, además de que la velocidad de

transmisión de la data es más lenta en comparación con los métodos de

transmisión paralela, donde se transmite uno o varios bytes a la vez, a través

de (n) líneas de comunicación.

Por último también existen algunos puertos de uso dedicado, como los

puertos para Joystick y Mouse, o inclusive la tarjeta de video, que constituye

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un puerto más de salida de información.Todos estos puertos están

constituidos por tarjetas que se encuentran insertadas en los Slot o ranuras

del computador, los cuales dan acceso directo al bus de datos, direcciones y

control del PC. Ese bus está constituido por las líneas de datos, que son

bidireccionales, las líneas de dirección que son salidas y las líneas de control

que son, algunas salidas y otras entradas.

2.1.2 TIPOS DE INTERFAZ

Para el autor Floyd (2000, p. 844), La interfaz gráfica de usuario como tal,

exige por parte del usuario, una serie de condicionantes fisiológicas, y

necesita del uso de dispositivos que permitan poner en contacto al sujeto con

el sistema tecnológico; llamados dispositivos de interfaz humano, como el

ratón o el teclado, que permiten a través de las posibilidades fisiológicas del

sujeto, producir parte de la interacción con la interfaz y por lo tanto parte

fundamental de la misma, siendo un método de interacción.

Se trata de un proceso mediante el cual, un sujeto, se acerca a un

sistema tecnológico con el que interacciona a través de los signos inscritos

en dicha superficie; es decir, un proceso interactivo, que requiere de una

serie de requisitos cognitivos básicos por parte del sujeto, como percibir,

decodificar, memorizar, decidir y navegar a través de la interfaz gráfica.

Por lo tanto, la interfaz sólo cobraría sentido, cuanto el sujeto es capaz de

comprender el significado y el proceso de interacción, y sus facultades

cognitivas son capaces de interpretar adecuadamente los signos que se

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producen sobre la interfaz y usarlas adecuadamente. 2.1.3 COMUNICACIÓN En el contexto de la comunicación humana, cuando dos o más individuos,

son capaces de establecer a través de algún medio, una transmisión de

información significativa entre los implicados Lewis y Rieman (1993, p. 88),

definen el concepto de interfaz como la mediación entre hombre y máquina,

es decir, "media", lo que facilita la comunicación y la interacción entre dos

sistemas de diferente naturaleza. Esto implica, además, que se trata de un

sistema de traducción, ya que los dos "hablan" lenguajes diferentes, verbo-

icónico en el caso del hombre y binarios en el caso del procesador

electrónico.

2.1.4 INTERACCIÓN Basándose en lo dicho por Scolari (2004, p.91), es la acción que se ejerce

recíprocamente entre dos o más sistemas, (entre el sistema persona y el

sistema informático). Un proceso interactivo supone la capacidad de poder

producir cambios y modificaciones sobre ciertas variables.

De una manera más técnica se define la interfaz de usuario, como un

conjunto de componentes empleados por los usuarios para comunicarse con

las computadoras, donde el usuario dirige el funcionamiento de la máquina

mediante instrucciones, denominadas genéricamente entradas. Por lo tanto,

una interfazgráfica está dada por la interrelación existente entre la

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comunicación y la interacción que el usuario maneja.

2.2 PROCESAMIENTO DE IMÁGENES A continuación se detallan los procedimientos necesarios para procesar

señales provenientes del cuerpo humano por medio de equipos electrónicos.

2.2.1FILTROS DIGITALES Según el autor Solimán (2003, p. 48), explica que en los últimos años, los

filtros digitales han sustituido a los filtros analógicos en muchas aplicaciones

debido a su mayor fiabilidad, mayor flexibilidad y superiores prestaciones.

Los filtros digitales se diseñan para modificar de una manera específica

las características espectrales de las señales en tiempo discreto, de la misma

forma que los filtros analógicos lo hacen con las señales en tiempo continuo.

Los filtros digitales se definen en términos de la variable ? de la

transformada de Fourier en tiempo discreto y su procedimiento de diseño

consiste en determinar su función de transferencia en tiempo discreto, H(z),

para cumplir unas determinadas especificaciones.En ciertas aplicaciones en

las que se desea filtrar una señal en tiempo continuo, el filtro analógico se

implementa utilizando un filtro digital, por las razones antes comentadas.

2.2.2 FILTROS DIGITALES IIR POR EL MÉTODO DE INVARIANCIA AL

IMPULSO

Así mismo el autor Solimán (2003, p. 481), se refiere a un método

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bastante directo para establecer la equivalencia entre un sistema en tiempo

discreto y el correspondiente sistema analógico es requerir que las

respuestas de los dos sistemas a una entrada determinada sean

equivalentes de acuerdo a algún criterio.

Para obtener una equivalencia con sentido, se supondrá en primer lugar que

a salida? ? ?? ? del sistema en tiempo continuo se muestra con un periodo T

apropiado. Se puede imponer entonces que la salida muestreada? ? �?? ? ?sea

igual a la salida ? �?? ?del sistema en tiempo discreto. Si la entrada de prueba

es el impulso unidad, la condición se convierte en que las respuestas al

impulso de los dos sistemas tengan el mismo valor en los instantes de

muestreo, es decir que? ? ?? ? ? ? ? ?? ?.

2.2.3 FILTRADO DE SEÑALES De igual manera el autor Solimán (2003, p. 205),explica que el filtrado es el

proceso por el que la parte esencial o útil de una señal se separa de otras

componentes extrañas o indeseadas que se denominan generalmente ruido.

El término “ruido” se refiere a cualquier parte no deseada de la señal, como

la modulación de amplitud, o a interferencias de los propios dispositivos

electrónicos.

El intervalo de frecuencias que pasan se denomina banda de paso del

filtro, y el intervalo de frecuencias que se eliminan se llama banda eliminada.

En el caso ideal?? ?? ??? ?en la banda de paso, y ?? ?? ?? ? ? en la

banda eliminada. Los filtrosselectivos enfrecuencia seclasifican de

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acuerdocon la función que realizan.

2.2.4 SERIES DE FOURIER Según el autor Mejía (2004, p. 48),establece que la idea más importante de

este trabajo es que toda función que se repite periódicamente puede ser

expresada como la suma de senos y/o cosenos de diferentes frecuencias,

cada uno multiplicado por un coeficiente diferente. Ahora se le llama a esta

suma Serie de Fourier.

Figura 1.Descomposiciónde una onda en una suma de funciones senoidales y cosenoidales.

Fuente: Mejía (2004) 2.2.5 TRANSFORMADA DE FOURIER Aunado a eso el autor Mejía (2004, p. 48), explica que aún funciones que no

son periódicas (pero con un área finita bajo la curva) pueden ser expresadas

como la integral de ponderación. Esta es la transformada de Fourier, y su

utilidad es aún más grande que la de las series de Fourier en

26

muchos problemas prácticos.

Las 2 representaciones comparten la importante característica de que una

función, expresada en series de Fourier o la transformada, pueden ser

reconstruidas (recobradas) completamente por un proceso inverso sin perder

información. La utilidad de las series y transformada de Fourier para resolver

problemas prácticos las ha hecho ampliamente utilizadas y estudiadas como

herramientas fundamentales. Se utilizarán solamente funciones de duración

finita (imágenes), así que se centrará la atención en la transformada de

Fourier.

2.2.6 DOMINIO DE LA FRECUENCIA Con referencia el autor Mejía (2004, p 50) el concepto de dominio de la

frecuencia, se puede derivar fácilmente de la fórmula de Euler:

K?? ? �???? ? ? ??•?

Sustituyendo y recordando que ???�?? ? ? ? ???�?? ?y�??•�?? ? ? �??• �?? ? ?�, obtenemos;

M-1 ??? ? ? � ?? s ? ?? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ?? ? X=0

Para u = 0, 1, 2, 3,..., M – 1. Así, observamos que cada término de la

transformada de Fourier (es decir, el valor de ??? ?para cada valor de u) se

(1)

(2)

27

compone de la suma de todos los valores de la función ??? ?G A su vez, los valores de ??? ?Gson multiplicados por senos y cosenos en varias

frecuencias.

El dominio (valores de u) para el que el rango son los valores de ??? ?es

llamado, apropiadamente, dominio de la frecuencia, porque u determina la

frecuencia de los componentes de la transformada.

Cada uno de los M términos de ??? ?se llama componente de frecuencia de la

transformada.

El uso de los términos dominio de la frecuencia y componentes de frecuencia

es equivalente a dominio del tiempo y componentes del tiempo que

usaríamos para expresar el dominio y valores de ??? ?si x fuera una variable

de tiempo.

En general, se observa en las ecuaciones anteriores que los componentes

de la transformada de Fourier son cantidades complejas. A veces será

conveniente manejar ??? ?en coordenadas polares: ? ?? ?? �?? ?? ? ?K? ? ? ?

donde: ???? ??? ?? ? ?? ? ? �?? ?? ???? Es llamado magnitud o espectro de la transformada de Fourier. ? ?? ? ? �??•???? ?? ?? ??? ?

(3)

(4)

(5)

28

Es llamado ángulo de fase o espectro de fase de la transformada. En las

ecuaciones,? ?? ? e ??? ? son las partes real e imaginaria de??? ? respectivamente

En términos de mejora de la imagen nos conciernen primariamente las

propiedades del espectro.

La densidad espectral es el cuadrado del espectro de Fourier:

? ?? ? ? ???? ??? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ?

Gráfico 1.Dominio de la frecuencia. Fuente:Mejía (2004).

Una función discreta de M puntos, con k puntos con valor A, y su

transformada y una función con el doble de puntos con valor A y su

transformada.

(6)

29

(7)

2.2.7 TRANSFORMADA DE FOURIER EN UNA DIMENSIÓN Y SU

INVERSA

Fourier ??? ? de una función continúa de una sola variable, ??? ?se define con la

ecuación: ??? ? ? �? ? ?? ?K? ?? ? ? ? ? ??? ?

Donde j = SQRT (-1). De manera correspondiente, dada ??? ?, se puede

obtener ??? ? por medio de la transformada de Fourier inversa

??? ? ? �? ? ?? ?? ?? ? ? ? ? ??? ?

Estas 2 ecuaciones comprenden el par de transformadas de Fourier. Esdecir

que una función puede ser recuperada a partir de su transformada.

Como se verá adelante, estas ecuaciones pueden fácilmente extenderse a 2

variables, u y v:

??? ?? ?? ? ? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ?

?? ?

Y, similarmente para la transformada inversa

??? ?? ?? ? ? ? ?? ?? ?? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ??? ??? ? (10)

(8)

(9)

Por otra parte el autor Mejía (2004, p. 49), explica que la transformada de

30

M-1

Interesan funciones discretas. La transformada de Fourier de una función

discreta de una variable,??? ?,cuando x = 0, 1, 2,..., M-1, está dada por la

ecuación.

M-1 ? ?? ?? ?? s ? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ��? ? ? ? ?�?? ? ? ?? ?? g G?? ? ? ? ; X=0

Esta transformada de Fourier discreta (o DFT, por sus siglas en inglés), es la

base del resto de este capítulo. Similarmente, dada ??? ?, se puede obtener la

función original usando la DFT inversa:

??? ? ? �? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ��? ? ? ? ?�?? ? ? ?? ?? g G?? ? ? ?

Para obtener ??? ? se empieza por sustituir u = 0 en el término exponencial y

después sumamos para TODOS los valores de x.

Después sustituir u = 1 en el exponencial y se repite la suma para todos

los valores de x. Se repite este proceso para los M valores de u y de esta

manera se obtiene la DFT. Como ??? ? , la transformada es una cantidad

discreta, y tiene el mismo número de componentes que ??? ?.El mismo

proceso aplica para calcular la DFT inversa.

2.2.8 TONO, BRILLO Y SATURACIÓN Según se ha citado del autor Mejía (2004, p. 60), las características que

X=0

(11)

(12)

31

generalmente se utilizan para distinguir un color de otro son el brillo, el tono y

la saturación.

Brillo. Noción cromática de intensidad.

Tono. Es la longitud de onda dominante en una mezcla de ondas de luz.

El color dominante que percibe un observador.

Saturación. La pureza relativa y la cantidad de luz blanca mezclada con el

tono. Los colores puros del espectro están totalmente saturados.

Se llama cromaticidad al tono y saturación juntos. Entonces podemos

caracterizar un color por su cromaticidad y su brillo.

2.2.9 MATLAB MATrixLABoratory, es un software matemático que ofrece un entorno de

desarrollo integrado (IDE) con un lenguaje de programación propio (scripts y

ficheros mex escritos en lenguaje C). Según el trabajo de investigación

realizado por Cancio del Busto (2010 p . 70).

Figura 2. Pantalla principal MATLAB. Fuente: Cancio del Busto (2010).

32

2.2.9.1 PRESTACIONES BÁSICAS. · Manipulación de matrices.

· Representación de datos y funciones.

· Implementación de algoritmos

· Creación de interfaces de usuario

· Comunicación con programas en otros lenguajes y con otros

Dispositivos hardware.

El paquete MATLAB dispone de una herramienta adicional que expande sus

prestaciones, y que será de gran ayuda a la hora de crear interfaces de

usuario:GUIDE.

Figura 3.Pantalla de ayuda.

Fuente: Cancio del Busto (2010)

33

2.2.9.2 SPM Como señala Cancio del Busto (2010, p. 72), los recientes avances en

técnicas de neuroimagen han contribuido a la proliferación de investigaciones

y estudios relacionados con este campo.

Los más vanguardistas utilizan una herramienta conocida como

StatisticalParametricMapping (SPM). SPM se ha convertido en el estándar de

facto para la aplicación de métodos estadísticos en el análisis de imágenes.

La herramienta se compone de una colección de funciones y una interfaz

gráfica que se ejecuta directamente sobre MATLAB.

Figura 4.Interfaz gráfica de SPM8. Fuente: Cancio del Busto (2010)

En concreto, la versión que se ha utilizado ha sido SPM8. SPM8 soporta el

tratamiento de imágenes de RM, PET y SPECT. Una de las principales

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ventajas que tiene este software deriva de sus caracteres opensource, ya

que son muchos los investigadores (entre los que se incluyen informáticos,

médicos, matemáticos, estadísticos, farmacéuticos y físicos) que a nivel

mundial trabajan con este sistema.

La aportación de cada uno de estos usuarios conlleva un desarrollo

constante de la aplicación e incrementa su robustez frente a posibles errores

o bugs.

Además, SPM8 posee una buena granularidad de funciones que hace

posible la creación de procesos automatizados encapsulados en procesos

por lotes (también conocidos como procesos batch o scripts).

Es precisamente esta herramienta la que vamos a utilizar para poder leer los

ficheros de imagen y obtener la matriz correspondiente para poder aplicar los

tratamientos oportunos.

Aunque los módulos desarrollados por el grupo de imagen médica hacen uso

de más llamadas, para cargar los casos y sacar la información de la matriz se

utilizará principalmente estas dos llamadas.

Estas dos llamadas sirven para cargar una imagen a partir de su nombre

de fichero (spm_vol) y posteriormente utilizar esta variable para cargar los

datos propios del volumen (spm_read_vols). Con la llamada spm_volademas

de cargar la imagen, se tendrá información como el nombre de la imagen,las

dimensiones del volumen y el tamaño de los voxeles.

A continuación en la tabla 1, se encuentra una programación realizada

bajo este módulo del MATLAB.

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spm_vol

V = spm_vol(P)

P - a matrix of filenames.

V - a vector of structures containing image volume information.

The elements of the structures are:

V.fname - the filename of the image.

V.dim - the x, y and z dimensions of the volume

V.dt - A 1x2 array. First element is datatype (see spm_type).

The second is 1 or 0 depending on the endian-ness.

V.mat - a 4x4 affine transformation matrix mapping from voxel coordinates to

realworld coordinates.

V.pinfo - plane info for each plane of the volume.

V.pinfo(1,:) - scale for each plane

V.pinfo(2,:) - offset for each plane

The true voxel intensities of the jth image are given

by: val*V.pinfo(1,j) + V.pinfo(2,j)

V.pinfo(3,:) - offset into image (in bytes).

If the size of pinfo is 3x1, then the volume is assumedto be contiguous and each

plane has the same scalefactorand offset.

spm_read_vols

Y = spm_read_vols(V)

V - vector of mapped image volumes to read in (from spm_vol)

Y - 4D matrix of image data, fourth dimension indexes images

Tabla 1.Programación en el SPM Fuente:Elaboración propia (2012).

36

2.2.10 FILTRADO DE RUIDO Cancio del Busto (2010, p.30), en el proceso de adquisición de imágenes es

prácticamente imposible que se obtengan sin ningún tipo de ruido. El ruido

en las adquisiciones puede deberse a varios factores que escapan al factor

humano. Algunas de estas causas pueden ser la inhomogeneidades del

campo magnético, radiaciones de fondo y movimientos del propio paciente

dentro de la máquina.

Figura 5.Imagen sin ruido(a), Imagen con un ruido estimado del

9%(b) y los residuos correspondientes (c). Fuente: Cancio del Busto (2010).

Es necesario aplicar buen filtrado a las imágenes, ya que la clasificación del

tejido se hace en base al brillo de este y el ruido puede causar una confusión

a la hora de clasificar y por ello producir resultados indeseados. El módulo de

filtrado puede realizar el filtrado propiamente dicho o solamenteuna

estimación del ruido, realizándose esta como paso previo para realizar el

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filtrado, guardando además del fichero con el volumen sin ruido, otro fichero

con los residuos.

2.2.11 CORRECCIÓN DE INHOMOGENEIDAD Con respecto a lo publicado por Cancio del Busto (2010, p.31), las imágenes

médicas obtenidas por resonancia magnética suelen estar afectadas por

inhomogeneidades en la intensidad de estas. Estas inhomogeneidades

hacen mucho más complicado el proceso de obtener medidas cuantitativas.

El método desarrollado por el grupo de imagen medica y el que se ha

utilizado para el programa es un método que realiza esta corrección

automáticamente, sin necesidad de supervisión y recibiendo como único

argumento el nombre del fichero a tratar.

Figura 6.Resultados tras aplicar la corrección de inhomogeneidad a un volumen.

Fuente: Cancio del Busto (2010)

38

2.3 RESONANCIA MAGNÉTICA Según Bronzino (2000, p. 1175),el equipo de resonancia magnética, es un

método de exploración de alta complejidad y amplias posibilidades en

apreciación tisular que utiliza los principios físicos del magnetismo de los

elementos para su funcionamiento, reemplazando algunos procedimientos

invasivos, con posibilidades multiplanares de observación, que produce

imágenes sin la utilización de radiaciones ionizantes.

2.3.1 PRINCIPIOS FISICOS DE LA RM. Basándose en autores como Shenck(2000, p.1182) y Bronzino (2000, p.

1175) quienes dicen que la materia está constituida por átomos, y estos a su

vez tienen ciertas partículas elementales que componen su núcleo atómico,

como el caso de los protones (carga positiva) y los neutrones (carga neutra),

dejando los electrones (carga negativa) en la corteza.

Estas partículas tienen la propiedad mecánico - cuántica del espín, que se

modelaban como un giro de la partícula alrededor del propio eje.

El espín, como toda carga en movimiento o corrientes eléctricas,

presentan propiedades magnéticas. El electrón, el protón y el neutrón tienen

un momento magnético asociado ??representado por un vector con dirección

la del eje de giro y sentido en función del sentido de giro de la partícula. La

orientación del vector??es de vital importancia en todo el proceso que conlleva

el fenómeno de la RM.

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Figura7.Espín de una partícula y momento magnético asociado ??.

Fuente: Cancio del Busto (2010)

El espín de un núcleo está determinado por el número cuántico del espín

S. Si el número combinado de protones y neutrones en un isotopo dado es

par, los espines tienen sentidos opuestos y sus efectos magnéticos se

anulan. En este caso tenemos que S=0. Por tanto, la RM solo es útil en

núcleos atómicos que tengan un número impar de neutrones o protones, en

cuyo caso se tiene que S está asociado a un momento magnético distinto de

Cero (??) que viene dado por: ???�? �? ? ?

Donde Y es la constante de proporción giro magnética e indica la

intensidad de la señal de cada isotopo utilizado en la RM.El núcleo del átomo

de hidrogeno (H+) tiene solo un protón y es un elemento muy abundante en

el cuerpo humano, por lo que es idóneo para el uso de la RMN en la

obtención de imágenes médicas. En ausencia del campo magnético,los

espines de los protones están orientados al azar y el momento magnético

(13)

40

resultante de sumar todos los??en un elemento de volumen es cero.

Figura 8. Momentos magnéticos de los núcleos de H+ orientados al azar en ausencia de campo magnético.

Fuente: Cancio del Busto (2010)

Cuando sobre los protones actúa un campo magnético????�estos tienden a

orientarse de tal manera que su ?? sea paralelo a ????�. Dado que llevan

incorporado un movimiento de rotación, este se combina con el movimiento

producido por la fuerza magnética que ejerce ????�sobre el protón dando como

resultado un movimiento giroscópico consistente en que al mismo tiempo que

el protón gira alrededor de su eje, el eje gira alrededor de la dirección del ????�. Cuando los protones se alinean en la misma dirección que ????�, pueden

adoptar dos orientaciones diferentes:

Orientación paralela o up. Corresponde a un estado energético bajo y es en

el cual ?? apunta en el mismo sentido que ????�. Orientación anti paralela o Down. Corresponde a un estado energético alto y

es en el cual ??apunta en sentido opuesto a ????�.

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Figura 9.Posiblesorientaciones: paralela (izquierda) o anti paralela (derecha). Fuente: Cancio del Busto (2010).

2.3.2 IMÁGENES MÉDICAS POR RM Carbonell-Caballero (2007, p. 236), dice que la RM es una técnica de

diagnóstico por imagen. Esta definición la engloba dentro de un conjunto de

técnicas médicas cuyo objetivo es facilitar un diagnostico mediante una

“visualización” del interior del cuerpo. Aunque las imágenes finales puedan

resultar muy similares, en realidad son muy distintas tanto en lo que

muestran como en el método seguido para obtenerlas.

Dentro de estas técnicas se encuentran la ecografía , la tomografía axial

computarizada (TAC, popularmente conocida como escáner) y los rayos X

(RX), y todas ellas forman imágenes del interior de nuestro cuerpo.

Según Carbonell-Caballero (2007, p. 236) las que presentan mayores

similitudes son los RX y TAC que se basan en el coeficiente de atenuación

de los rayos X. Al bombardear un cuerpo con fotones de alta intensidad,

estos son capaces de atravesar la materia “blanda” o poco densa (pulmones,

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intestinos, músculos, entre otros) quedando retenidos por la materia “dura” o

densa (fundamentalmente los huesos).

Los fotones que consiguen atravesar nuestro cuerpo impresionan una

películafotográfica, creando una imagen que en realidad no es másque una

sombra ya que donde se ve un hueso es en realidad una zona que no pudo

ser alcanzada por los fotones.

El fundamento del TAC es similar pero mucho más avanzado ya que

potentes ordenadores son capaces de procesar las imágenes para

reconstruirlas formando cortes axiales. La superposición de múltiples cortes

consecutivos puede formar imágenes en 3D.Los RX y su evolución el TAC

tienen gran importancia en eldiagnósticomédico. Sin embargo presentan dos

grandes inconvenientes:

- La aplicación continuada de RX es peligrosa para la salud. De ahí las

medidas de seguridad que adoptan los profesionales.

- Con esta técnica las partes blandas no forman imágenes

claras.Quedaban así sin poder verse órganos como tendones, ligamentos o

el cerebro por citar tres ejemplos.

Es por eso tan importante el uso de la RM, ya que es un método por

imagen no radiológico (no necesita proyectar ningún tipo de radiación contra

el objeto de estudio) por lo que resulta inocua.

Aunado a eso, Bronzino (2000, p.1175), describe el proceso de

resonancia magnética (RM) como la exploración de inducir magnetismo

nuclear en una persona. Materiales con un raro número de protones y

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neutrones que poseen un muy débil momento de observación. Mayormente

los protones (¹H) pueden ser visualizados, así como el carbón (¹³C), fosforo

(³¹P) y sodio (²³Na) también son de gran interés. Los momentos nucleares

son orientados al azar, pero estos son alineados cuando se les aplica un

fuerte campo magnético.

Bronzino (2000, p.1175), especifica que el rango de la fuerza de un campo

magnético aplicado a un paciente oscila entre 0.2 y 1.5 T, donde T (tesla)

unidad en la cual el campo es medido.

2.3.3 VENTAJAS DE IMÁGENES MÉDICAS POR RM.

Con referencia a Cancio del Busto (2010, p.15) la imagen por resonancia

magnética (en adelante IRM) tiene ventajas significativas sobre el resto de

métodos empleados en la actualidad para la obtención de imágenes

médicas:

- No utiliza radiaciones ionizantes. La imagen se obtiene mediante campos

magnéticos y radiofrecuencia.

- Mejor resolución de bajo contraste.

- Imagen multiplanar, se pueden obtener planos trasversales, coronarios,

sagitales y oblicuos. Se pueden obtener imágenes volumétricas.

- Las medidas de flujo son directas. Se puede visualizar y cuantificar

directamente el flujo de sangre.

- No resulta invasiva. Dado su excelente resolución de bajo contraste no

es necesario utilizar medios de contraste.

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2.3.4 PASOS PARA OBTENER LA IRM.

Cancio del Busto (2010, p.16) dice que para obtener la imagen básicamente

se deben seguir estos pasos que se resumen de manera elemental como:

¿Por qué se coloca al paciente dentro de un campo magnético?

Imaginen el átomo más sencillo: un protón. La carga del protón realiza un

movimiento de espín con él.Entonces ¿qué es una carga eléctrica en

movimiento? Es una corriente eléctrica. Y las cargas eléctricas producen

campos magnéticos. Así pues, ese protón (y como el cualquier núcleo)

cargado y girando produce a su alrededor un campo magnético.

Figura 10. Campo magnético creado por un protón. Fuente: Cancio del Busto (2010).

En la mayor parte de los materiales, los momentos magnéticos están

orientados al azar, anulándose unos a otros y dando como resultado un

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momento magnético total de cero. Pero, ¿qué ocurre cuando se coloca los

átomos bajo un intenso campo magnético externo?

Los momentos magnéticos se alinean en la dirección del campo magnético

como pequeñas brújulas.Cierto que se alinean en la misma dirección pero

pueden estar en sentidos contrarios. Aunque, en realidad, hay más protones

que se alinean en el sentido de las líneas de campo magnético externo

porque este estado tiene menos energía (de la misma manera que nosotros

podemos alinearnos con las líneas del campo gravitatorio andando sobre

nuestras manos o nuestros pies, este ultimo estado es más estable

energéticamente). Queda así un remanente de protones que no anulan sus

momentos magnéticos con sus opuestos. En estas condiciones el paciente

se transforma en un imán.

La rapidez con la que procesa un núcleo se llama frecuencia de precesión y

depende exclusivamente de la fuerza del campo magnético externo y del tipo

de núcleo implicado. Esta relación queda definida por la ecuación de Larmor: ? ? �? ? ?????

Donde? : representa la frecuencia de precesión (en Hz),???? :la fuerza del

campo magnético (en teslas), ? : la constante giro magnética.

Se envía una onda de radio frecuencia (RF).

Para campos magnéticos de intensidad razonablemente elevada,

lafrecuencia de precesión de casi todos los núcleos de interés queda dentro

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