Promocione sus productos o servicios con nosotros
Foto Bloguero

Innovación biomédica

28 nov 2016

Reconstrucción 3D de la anatomía humana a partir de imágenes médicas obtenidas por ayuda diagnóstica

La digitalización de la información ha contribuido al desarrollo científico de la humanidad. Para la salud este proceso no es indiferente, la digitalización permite la gestión de la información desde su almacenamiento de manera eficiente. El punto de inflexión se dio mediante la aparición e implementación del formato DICOM, que guarda la información de manera fiel, puesto que permite la utilización de objetos IOD, que a su vez se componen de EI (Entidades de Información) conteniendo diferentes tipos de atributos. Estas características permiten la integración a sistemas de información como lo son los PACS (Sistemas de Archivos de Imágenes y Comunicación) y se guían bajo la ISO 12052:2006 “Health informatics -- Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM) including workflow and data management”. El DICOM fue concebido a principios de los años 80, por el American College of Radiology (ACR) y la National Electrical Manufactures Association (NEMA), con el fin de gestionar las múltiples imágenes obtenidas por las ayudas diagnósticas como la Tomografía Axial Computarizada (TAC) y la Resonancia Magnética (RM).

Aunque el DICOM tiene múltiples usos y permite una variedad de posibilidades, en esta oportunidad nos centraremos en describir una en particular, que corresponde a la reconstrucción 3D de sólidos virtuales. Como muchos especialistas sabrán, los equipos de tomografía, resonancia e inclusive ultrasonido, tienen un modo de operación prospectivo que permite ver en tres dimensiones las imágenes captadas por técnicas de adquisición de imágenes diagnósticas. Pero, ¿en qué consiste este modo? En dichas técnicas convencionales las imágenes de pacientes se obtienen realizando varias capturas en diferentes planos de la semicircunferencia del equipo de tomografía o resonancia, esta serie de planos contienen los contornos anatómicos de las personas y superpuestos pueden generar el volumen real del individuo. Es en esta parte cuando entra una rama de la ciencia en la cual la matemática, el desarrollo de software y la física convergen, para formar lo que se conoce como sólido virtual.

DICOM

Se pensaría que estos sólidos virtuales sólo pueden conseguirse a través de la adquisición de equipos o software especializados costosos. Sin embargo, estamos en la era donde la apertura digital permitió una revolución tan importante como la industrial, las fuentes de trabajo colaborativo mediante el ‘Open Source’ son cada vez más frecuentes y no son ajenas al campo de la digitalización de imágenes en salud iniciativas como 3D Slicer, Osirix, Invaselius entre otras, que han permitido construir representaciones de la anatomía humana y, con el auge de la impresión en 3D, llevarlas a la realidad.

Representaciones de la anatomía humana

Y, ¿cómo es posible esto exactamente? La respuesta empieza con el desarrollo de ficheros ITK (Segmentation and Registration Toolkit) [1], esta serie de ficheros de uso libre, permite construir a partir de imágenes DICOM contornos que siguen las curvas anatómicas del cuerpo, logrando diferenciar contornos anatómicos de personas que se sometieron a tomografía o resonancia. Con los contornos obtenidos, otra serie de ficheros conocidos como VTK (Visual ToolKit) [2] entran en acción; estos ficheros fueron diseñados para generar sólidos virtuales en formato ParaView, que pueden exportarse en diversos formatos como .OBJ y .STL que pueden finalizar en un proceso de impresión 3D. Estas herramientas las soporta una comunidad bastante grande, la cual retroalimenta el código haciéndolos más eficientes, y son utilizadas por visores de acceso libre como 3D Slicer e Invaselius, que permitan llevar a cabo estudios de todo tipo, como muestra el siguiente video:

Mientras que el software comercial de reconstrucción ronda los 10 mil y 15 mil dólares, las alternativas de código abierto abren un campo enorme para la investigación intra-corporal, la realización de bio-modelos y el análisis de fenómenos fisiológicos. Mi invitación final consiste en prestarle atención al conocimiento abierto como solución de problemas reales, relacionados con casos clínicos.


Palabras relacionadas:
Reconstrucción 3D, imágenes médicas, imágenes médicas para diagnóstico, tecnología para imágenes médicas
x
Javier
08 de noviembre de 2021 a las 11:11

Por conversación con un usuario avanzado de 3DSlicer, para deconstrucción de tejido blando se tiene que solicitar al radiólogo que, previo a que nos pasen las imágenes de RMI, se le tiene que pedir que de origen, en el protocolo de adquisición, haga una reconstrucción de la imagen en los tres planos. Ese "matching" tiene que venir desde la máquina de resonancia. También me hablaba de una distancia de cortes menor de 2mm en trauma (0.6mm en otorrino). No me pudo aclarar si esa reconstrucción se puede hacer a posteriori, es decir, desde el DVD con el DICOM que ya tengo en mi poder (él no es radiólogo). Actualmente, para entendernos, en cada uno de los planos anatómicos tenemos una imagen con bastante resolución mientras que los otros dos planos anatómicos aparecen muy "voxelados", lo que hace que el crecimiento de semillas o el tresholding dé malos resultados. ¿Qué experiencia tienes al respecto? Gracias

Sebastián
08 de noviembre de 2021 a las 18:10

Buenas tardes, Como estas Javier, creo que me escribes de España, es una buena pregunta que tiene muchas posibles respuestas, desde el ambito comercial hasta el academico. Lo primero es preguntarse si en España es valido utilizar el 3D slicer para procedimientos quirurgicos, en Estados Unidos, no estoy seguro si se puede utilizar con esos fines o solo fines academicos, normalmente la FDA otorga las licencias de uso, entonces no estoy muy seguro que ellos puedan utilizar 3D slicer para cirugias reales, con fines no investigativos, otro tipo de software como mimics que tienen este asunto de la segmentacion resuelto con otro tipo de tecnicas, pero estos paquetes tienen costo, lo mismo pasa con el Osirix. Desde el punto de vista academico te diria que 3D slicer es un paquete open source que permite desarrollar scripts en Phyton para hacer tu propia API que presente mejores resultados de segmentacion (Continua)...

Sebastián
08 de noviembre de 2021 a las 18:22

... normalmente el crecimiento por semilla no es buen metodo de segmentacion para tres dimensiones, el mas utilizado es el levelset, pero creo tienes que escribir el script que te permita hacerlo. Tengo un colega que esta trabajando en rendering the estas geometrias con un software base cloud, pero que se puede correr en un servidor local, sus resultados son asombrosos. Si quieres te puedo contactar con el, pero no habla nada de Español. Me dejas tu correo y te escribo con copia a el.

Javier
13 de noviembre de 2021 a las 14:04

Gracias por tu pronta respuesta. Efectivamente, desde España. Decir que de momento hay poca regulación y 3DSlicer se viene usando mucho (véase https://www.elsevier.es/es-revista-revista-espanola-cirugia-ortopedica-traumatologia-129-articulo-papel-del-cirujano-ortopedico-traumatologo-S1888441520301223 del Hosp. Gregorio Marañón, Madrid). No obstante, las lagunas las encuentro en los DICOM que me facilitan y que no tengo criterio para juzgar si las imágenes o los protocolos no han apurado todas las posibilidades de cara a una segmentación posterior. Exploraré también los programas que comentas, en especial el Mimics, que veo tiene una versión trial.

Jesús
12 de febrero de 2021 a las 04:34

Hola, con objeto de una investigación académica. ¿Podría comentar cuales serían los programas de pago a los que se refiere? Un saludo.

Sebastián
13 de febrero de 2021 a las 02:25

Buenas tardes Jesus, Los comerciales mas importantes y mas utilizados que conozco y cuentan con licencias medicas aprobadas por la FDA y la comunidad europea son Mimics de Materialise (https://www.materialise.com/en/medical/mimics-innovation-suite/mimics) y la version paga de osirix (https://www.osirix-viewer.com/). Tambien puedes utilizar MATLAB, que es un software que tecqnicamente tienes que pagar por la licencia y los toolbox (https://www.youtube.com/watch?v=drsI0CEOHKE). La literatura cientifica generalmente referencian estos tres como los mas implementados. Adicionalmente esta Rhino3Dmedical (https://rhino3dmedical.com/), probablemente hay muchos mas pero esos son los que conozco. Saludos!

Jesús
24 de febrero de 2021 a las 03:30

Muchas gracias por la información. Es de gran utilidad! Un cordial saludo.