Técnicas de post-procesamiento de imágenes en el diagnóstico de

Técnicas de post-procesamiento de imágenes en el
diagnóstico de la patología de Urgencias
Poster no.:
S-0452
Congreso:
SERAM 2012
Tipo del póster: Presentación Electrónica Educativa
Autores:
1
1
1
S. Santamaria Jareño , M. Barxias Martín , J. Carrero Álvaro ,
2
1
2
M. Nogueras Carrasco , L. Serra Bellver , J. Camacho Romero ;
1
2
Madrid/ES, Alcorcón/ES
Palabras clave:
Patología, Aplicaciones informáticas-Detección, diagnóstico,
Aplicaciones informáticas-3D, TC-Alta resolución, Manipulación de
imagen / Reconstrucción, Emergencia, Aplicaciones informáticas
DOI:
10.1594/seram2012/S-0452
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Objetivo docente
Conocer las distintas técnicas de post-procesamiento de imágenes de la tomografía
computarizada multicorte (TCMD).
Mostrar su utilidad en la evaluación de la patología Urgente de una manera más rápida,
exacta y eficaz.
Revisión del tema
El TCMD aporta una serie de ventajas frente al TC helicoidal que tienen una relación
directa con las aplicaciones del mismo en la valoración de la patología Urgente, como
son:
1.- Adquisición de volúmenes. En el TCMD no se reconstruyen las imágenes a partir
de las secciones axiales, sino que a partir del volumen obtenido se pueden realizar
reconstrucciones multiplanares con un aumento de la resolución de las imágenes en el
eje Z. Esto permite no sólo una mayor resolución en la representación del plano axial,
sino también reconstrucciones sagitales y coronales casi isotrópicas. Las proyecciones
oblicuas y las reconstrucciones curvoplanares muestran un órgano que ocupa varios
planos en un solo plano.
2.- Mayor velocidad en la realización del estudio. Esto permite el estudio de un
volumen mayor del paciente en menos tiempo, sin perder la resolución de las imágenes
(isotropismo). El aumento de la velocidad permite que los estudios amplios se hagan en
una sola apnea, tolerada por la gran mayoría de los pacientes, por lo que se reducen
los artefactos por movimiento.
3.- Mayor aprovechamiento del contraste. La velocidad del TCMD permite que el
contraste que se administra para el estudio pueda ser valorado en diferentes fases dentro
del mismo estudio. Otra aplicación reciente son los estudios de perfusión, que permiten
valorar en el tiempo el patrón de distribución del contraste sobre una misma región
anatómica.
4.- Reconstrucciones tridimensionales.
TÉCNICAS DE POST-PROCESAMIENTO
A) POST-PROCESO MORFOLÓGICO
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• RECONSTRUCCIÓN MULTIPLANTAR (MPR)
La reconstrucción multiplanar nos permite obtener imágenes con una orientación distinta
a la original con la que se adquirieron los datos, así a partir de los datos axiales se
pueden obtener imágenes con orientación sagital, coronal, oblicua e incluso curva o de
trayecto libre.
Fig. 1
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Las reconstrucciones curvoplanares permiten incluir una estructura anatómica completa
en una sola imagen y son particularmente útiles en el estudio de estructuras vasculares,
uréteres o intestino.
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Fig. 2
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
• RECONSTRUCCIÓN VOLUMÉTRICA
Los equipos informáticos actuales cada vez ocupan menos y tienen un mayor poder
de procesamiento. Las imágenes médicas en 3 dimensiones se generan mediante
una gran variedad de algoritmos matemáticos, que requieren el manejo de un gran
volumen de información, en una serie de operaciones que incluyen la adquisición,
el reensamblaje y la edición de los datos. Los datos adquiridos se organizan en
una matriz 3D de elementos de volumen (vóxel), y la pantalla del monitor es una
superficie en 2D compuesta por elementos de imagen (píxel). Lo que realiza cada técnica
de reconstrucción tridimensional es recurrir a fórmulas matemáticas para determinar,
para cada uno de los píxeles del monitor, qué porcentaje de los datos deben de ser
representados para mostrar las relaciones espaciales, es decir, para dar una "sensación
de profundidad".
Existen varias técnicas de reconstrucción tridimensional, y entre las más utilizadas en
medicina están:
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Proyección de Intensidad Media (AIP)
Las imágenes AIP representan el promedio de los valores de atenuación dentro del vóxel.
Con la AIP se consiguen imágenes con una apariencia similar a los tradicionales cortes
axiales con baja resolución de contraste. Esto puede ser útil para la caracterización de
las estructuras internas de un órgano sólido o las paredes de estructuras huecas como
vasos sanguíneos o intestino.
Fig. 3
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Proyección de Máxima Intensidad (MIP)
Las imágenes MIP muestran sólo los valores de atenuación más altos dentro del vóxel.
Es especialmente útil creando imágenes angiográficas y urográficas.
Pero el MIP tiene una serie de artefactos e inconvenientes. El valor del píxel representado
en la imagen es, por definición, únicamente el material de mayor intensidad, por lo que
materiales de alta densidad como el calcio o las prótesis vasculares metálicas pueden
ocultar información sobre el material de contraste endovascular. Además menosprecia,
en cierta manera, las relaciones anatómicas.
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Fig. 4
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Proyección de Mínima Intensidad (MinIP)
Las imágenes MinIP muestran sólo los valores de menor atenuación. Esta técnica
no se utiliza comúnmente, aunque puede ser útil para valorar la vía aérea, zonas de
atrapamiento aéreo y en la detección de enfermedad de las vías aéreas pequeñas.
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Fig. 5
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Reconstrucciones de Sombreado de Superficie (SSD)
Se basa en la representación tridimensional de las superficies dentro de un volumen de
datos, es decir, representa de forma tridimensional los órganos que tienen una superficie
identificable, primordialmente los huesos o las estructuras vasculares muy contrastadas.
El problema de ésta técnica es que utiliza un pequeño porcentaje de los datos adquiridos
en el estudio, aproximadamente un 10% de los mismos y es propensa a artefactos
indeseables.
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Fig. 6
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Volume Rendering (VR)
El VR es una técnica de reconstrucción tridimensional, que consiste:
1. Asignación de valores de opacidad del 0% al 100%.
2. Cálculo de la probabilidad de que un determinado voxel contenga un tipo específico
de tejido (hueso, tejidos blandos, vasos, aire o grasa).
3. Sombreado en escala de grises y color.
El VR emplea todo el volumen de datos del vóxel en cada píxel de la pantalla. Por
tanto, requiere ordenadores mucho más potentes que permitan el manejo de grandes
volúmenes de información a una velocidad razonable.
Las aplicaciones médicas del VR son múltiples, ya que presentan una reconstrucción
tridimensional de la anatomía y hacen más entendibles las informaciones radiológicas
por parte de los clínicos, y además son útiles para el planteamiento quirúrgico de las
patologías.
En las áreas que ha tenido más utilidad son, sobre todo, en el sistema
musculoesquelético, sobre todo en los traumatismos, con la reconstrucción
tridimensional de las fracturas, y en el estudio de las estructuras vasculares. Otro punto
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fuerte del VR es su capacidad para seleccionar distintas perspectivas de visualización,
lo que permite simular la imagen ofrecida por un endoscopio.
Fig. 7
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
HERRAMIENTAS DE POST-PROCESADO VOLUMÉTRICO
Segmentación de volumen
La segmentación es el proceso de selección de los datos que se van a incluir en una
imagen 3D. La segmentación permite que algunas porciones de la imagen puedan ser
selectivamente incluidas o excluidas. Este proceso requiere el reconocimiento del tejido,
así como la delineación de límites espaciales entre los tejidos y se puede realizar de
forma automática o manual.
Para extraer un objeto 3D o un volumen de interés a partir del modelo 3D original, existen
cuatro técnicas principales:
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1. Definición de Umbrales. Se puede seleccionar un umbral de opacidad para determinar
la opacidad mínima que se quiere mostrar. Todos los datos con valores por debajo del
umbral desaparecen de la imagen. Esto es particularmente útil cuando se aplica al VR de
tejidos de gran tamaño. Si el valor de vóxel identifica claramente la propiedad de un tejido
o una característica anatómica, se puede definir un objeto 3D seleccionando la gama de
valores de vóxel que representa al tejido o la característica anatómica. La definición de
umbrales es una buena solución para la TC, en donde, por lo general, existen distinciones
claras entre los valores de densidad, por lo tanto, valores de vóxel, para diferentes tipos
de tejidos tales como huesos y estructuras vasculares con contraste elevado o grasa.
La definición de umbrales elimina los vóxeles cuyos valores se encuentran fuera de la
gama seleccionada del volumen 3D visualizado.
Fig. 8
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
2. Herramientas de bisturí. La selección de la región de interés es el proceso más
básico de segmentación. Las herramientas de "Bisturí" permiten realizar "cortes" en el
volumen 3D, dividir un objeto en objetos separados, definir un volumen de interés o, por
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el contrario, eliminar parte del volumen 3D. Una región de interés puede ser retirada
manualmente mediante un dibujo rectangular, elíptico o de otra forma en el interior de la
imagen usando una especie de bisturí virtual. A la inversa, una región de interés también
puede ser seleccionada para ser incluida en la imagen, mientras que todo lo demás se
excluye.
Fig. 9
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
3. Herramientas de pintura. Las herramientas de "Pintura" permiten marcar, en tres
dimensiones, una región de interés en el volumen 3D con "pintura" de colores y de este
modo aislar esta región suprimiendo el resto del volumen 3D.
4. Herramientas de selección automática. La herramienta de selección automática
permite seleccionar un objeto en el volumen 3D y añadirlo o suprimirlo de la vista primaria
de forma automática.
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B) POST-PROCESO FUNCIONAL
PERFUSIÓN CEREBRAL
La perfusión describe el suministro sanguíneo nutritivo a un órgano o tejido por elemento
de volumen (vóxel).
En el sistema nervioso central, un flujo sanguíneo inferior a 20 ml/100g.min conduce a la
disfunción de las neuronas, mientras que un flujo inferior a los 10 ml/100g.min produce
la muerte neuronal.
La valoración del flujo sanguíneo cerebral regional y su autorregulación, así como las
de otros parámetros cinéticos, son útiles para investigar la isquemia y la naturaleza de
varias enfermedades cerebrales.
Los objetivos de los estudios de imagen en el ictus agudo son:
• Establecer un diagnóstico lo más precoz posible
• Obtener información precisa sobre la vascularización intracraneal y perfusión cerebral,
para seleccionar la terapia apropiada
La perfusión con TC permite una delineación del área de tejido cerebral dañado dentro
del territorio vascular afectado, en las 3 primeras horas. Permite seleccionar a los
pacientes que van a beneficiarse de la terapia precoz con fibrinolíticos.
Los objetivos son identificar el área central del infarto en la que el tejido cerebral es ya
irrecuperable e identificar el área de hipoperfusión o penumbra que rodea a esa zona
central.
Consiste en monitorizar el primer paso de una embolada de contraste yodado a través
de la circulación cerebral. Obtenemos imágenes continuas, en modo cine, durante
aproximadamente 45 segundos en un determinado número de secciones cerebrales
con un aumento transitorio en la atenuación linealmente proporcional a la cantidad de
contraste.
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Fig. 10
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Se generan curvas de atenuación que permiten calcular los siguientes parámetros de
perfusión:
• Tiempo de tránsito medio (TTM) = Tiempo entre la entrada y salida del contraste
• Tiempo al pico - "time to peak" (TTP) = Tiempo desde el inicio de la infusión del contraste
hasta el pico máximo de realce
• Flujo sanguíneo cerebral (CBF) = Volumen de sangre por unidad de tiempo por unidad
cerebral. El CBF normal en la sustancia gris es >70 mL/100g/min
• Volumen sanguíneo cerebral (CBV) = Volumen de sangre por unidad de masa cerebral.
El CBV normal es de aproximadamente 4-5 mL/100g. Corresponde al área por debajo
de la curva de intensificación normalizada.
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Fig. 11
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
Mediante algoritmos de post-procesado se pueden obtener mapas de color que traducen
los valores de CBF, CBV y TTP. La valoración visual de los mapas es tanto o más precisa
que en las medidas de los valores absolutos de estos parámetros.
Los mapas de CBF y CBV sirven para detectar el área de parénquima cerebral bajo
isquemia, determinar el área de tejido infartado no recuperable e identificar el área de
penumbra isquémica.
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Fig. 12: Post-proceso Funcional: Perfusión cerebral. Mapas de color que traducen los
valores de CBF, CBV y TTP
Referencias: S. Santamaria Jareño; Diagnóstico por Imagen, Hospital Universitario
Fundación de Alcorcón, Madrid, SPAIN
UTILIDAD DE LAS TÉCNICAS DE POST-PROCESAMIENTO EN LA PATOLOGÍA
URGENTE
Las técnicas de post-procesado muestran con mayor precisión la relación de los órganos
o patologías estudiadas con el resto de estructuras anatómicas. Sin embargo, el rápido
avance tecnológico no se ha acompañado de un adecuado nivel de formación, lo que
hace que estas herramientas se encuentran infrautilizadas, en especial en el área de
Urgencias, donde muchas veces son claves para llegar a un diagnóstico preciso.
Patología cervico-torácica
Las técnicas de post-procesamiento permiten una mejor valoración de la anatomía
vascular pulmonar, lo que nos puede ayudar a aclarar dudas diagnósticas. También
permite una mejor valoración de la vía aérea, lo que puede ser de utilidad en la patología
traumática de la misma, como la rotura traqueal.
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Patología abdominal
El post-procesamiento puede ayudar en el diagnóstico de determinadas patologías
abdominales urgentes, como la obstrucción y la perforación intestinal, permitiendo
determinar con mayor precisión el punto de obstrucción o rotura y su causa. También es
de utilidad en la patología traumática y vascular abdominal aguda.
Patología del SNC
Su principal utilidad clásica ha sido la valoración de la vascularización intracraneal. En
urgencias es de gran utilidad también en la valoración de fracturas óseas, ayudando a
determinar mejor su trayecto y los huesos afectados, en la valoración de la patología
hemorrágica y los tumores, permitiendo establecer con mayor precisión su localización
intra o extraaxial y la relación con las estructuras adyacentes.
La perfusión con TC permite además, seleccionar a los pacientes que van a beneficiarse
de la terapia precoz con fibrinolíticos.
Patología vascular
La patología vascular es una de las patologías donde ha mostrado mayor utilidad
el reformateo multiplanar volumétrico, permitiendo no sólo hacer un diagnóstico más
preciso, sino también una adecuada planificación quirúrgica de la patología urgente
como en la rotura de un aneurisma o la disección vascular.
Patología musculoesquelética
Aquí su mayor aplicación se encuentra en la valoración de las fracturas, siendo también
de gran ayuda en su planificación quirúrgica.
Exponemos CASOS de la patología radiológica de Urgencias de nuestro servicio donde
el post-procesamiento ha sido de gran utilidad para llegar a un diagnóstico preciso.
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Conclusiones
Las técnicas de post-procesamiento suponen una herramienta de diagnóstico
imprescindible para los radiólogos y resto de especialistas en la patología Urgente, ya
que la información que aportan supera con creces la disponible únicamente con las
imágenes axiales y en ocasiones son claves para llegar a un diagnóstico preciso.
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