VISUALIZACIÓN Y RECONSTRUCCION DE IMÁGENES DICOM DE ESTUDIOS DE RESONANCIAS MAGNÉTICAS REALIZADO POR: José Antonio Mora Martínez Francisco de Paula Lobato Rodríguez DIRIGIDO POR: Pedro Real Jurado

OBJETIVOS: Reconstrucción de las vistas sagital y coronal de un estudio de resonancia magnética en vista axial. Primer paso de una línea de investigación y desarrollo. Trabajo de documentación. Implementación e implantación de procedimientos matemáticos: Reconstrucción Interpolación Registro

CONCEPTOS: Resonancia Magnética. DICOM. OpenDICOM. Implicaciones matemáticas. Aplicación informática.

RESONANCIA MAGNÉTICA Es una técnica que permite obtener imágenes precisas de los órganos internos del cuerpo e información del estado funcional de los tejidos. Es una herramienta que goza de gran difusión por su enorme utilidad. La imagen está codificada mediante la transformada de Fourier en una matriz de datos conocida como Espacio K. Para su tratamiento informático, como norma general, la RM usa el soporte que ofrecen los archivos de tipo DICOM para manipular la información.

DICOM DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) se publicó por vez primera en 1993 por la NEMA (National Electrical Manufacturers Association) y fue desarrollado conjuntamente con el ACR (American College of Radiology). Se utiliza casi exclusivamente para el tratamiento de imágenes médicas. El estándar DICOM describe el formato de archivos y la especificación de los datos primordiales de un paciente en la imagen y está en continua renovación. El estándar consiste en diversas partes o secciones cada una de las cuales se refiere a un componente específico de dicho estándar. En la última publicación se establecen 18 secciones.

DICOM (Formato del archivo) HEADER Preámbulo Prefijo DATA ELEMENT Value Field Value Length Tag Etiqueta de identificación VR Valor de representación para el tipo de dato Data Element . . . Longitud del dato Información relativa al paciente DATA SET

La librería OpenDICOM# La biblioteca de clases openDICOM# forma parte del proyecto openDICOM.NET y proporciona una API para DICOM en C#. Aparte de openDICOM existen otras opciones de software libre disponibles: VTK (Visualization ToolKit) ITK (Insight ToolKit) MITK (Medical Imaging Interaction ToolKit) DCMTK (DiCoM ToolKit)

La librería OpenDICOM# openDICOM persigue dos objetivos fundamentales: Proporcionar un entorno limpio y claro Uso de XML para facilitar la programación sobre DICOM Estructura de la biblioteca: Implementación del contenido del archivo DICOM Tratamiento de archivos. Implementación del Diccionario de Datos.

Algoritmia Matemática Tres procesos fundamentales Reconstrucción de las vistas coronal y sagital. Interpolación de cortes en el estudio de origen. Registro de puntos en el volumen global del estudio (axial, coronal y sagital). Motivaciones Mecanismos útiles para la visualización y el tratamiento de estudios RMN. Soporte para futuros métodos avanzados.

Reconstrucción I Objetivo: Obtención de vistas coronal y sagital Reconstrucción axial coronal sagital Conceptos implicados: Volumen definido por tres vistas (tres conjuntos de imágenes). Slice Thickness: espacio real entre cortes (DICOM). Pixel Spacing: distancia real entre píxels (DICOM).

Reconstrucción II Aproximación a la solución coronal: Modelo tridimensional Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3 Bloque 4 Eje Y Eje Z Eje X Cortes Coronales 1. División axial en bloques 2. Formación corte i 2.1. Bloque i de cada corte 2.2. Rotación del bloque 2.1. Inserción en la imagen

Reconstrucción III Definición de bloques en cada plano. Del modelo ideal al modelo real... Y X Z Problemas a resolver Definición de bloques en cada plano. Extracción de información útil. Formación de un nuevo corte.

PíxelsBloque =NumFilas/ NumCortes Reconstrucción IV División en bloques de cada plano . . . NFilas NCols Nº Bloques = NumCortes PíxelsBloque =NumFilas/ NumCortes Solución: Media Aritmética de cada columna Extracción de información útil X Y Z Bloque axial tridimensional Información coronal X Y Bloque axial bidimensional ¿?

Reconstrucción V Formación de un nuevo corte coronal Corte coronal i formado a partir de la información obtenida de los bloques i de cada corte axial. INFORMACIÓN CORTE 1 M 1 INFORMACIÓN CORTE 2 INFORMACIÓN CORTE 3 INFORMACIÓN CORTE 4 INFORMACIÓN CORTE N . . . Bloque 1 Bloque 2 Bloque i Bloque N ... Corte axial INFORMACIÓN i Cols 1 Slice Thickness (mm) Pixel Spacing (mm)

SITUACIÓN IDEAL DE PARTIDA: N x N x N Reconstrucción VII Factores influyentes Resolución de cada corte axial: a mayor resolución, mayor tamaño de bloque y, en consecuencia, mayor pérdida de información. Número de cortes del estudio axial: a mayor número de cortes, mayor número de bloques y, en consecuencia, menor pérdida de información Grado de expansión: a mayor grado de expansión, menor calidad visual de la reconstrucción SITUACIÓN IDEAL DE PARTIDA: N x N x N

Interpolación I Respuesta al segundo factor de influencia. Objetivo: Incrementar el número de cortes del estudio axial de partida. Consecuencias: Aproximación a la situación ideal Aumenta el número de bloques en el que hemos de dividir cada corte. Disminuye a la mitad la distancia entre cortes.

Interpolación II PN(i, j) + PN+1(i, j) ___________________ PI(i,j) = 2 Procedimiento: N N x 2 - 1 PI(i,j) = PN(i, j) + PN+1(i, j) ___________________ 2

Volumen del estudio global Registro de puntos I Objetivo Localización de un punto de referencia en el espacio global del estudio. Eje X Eje Y Eje Z Punto de referencia Vista de referencia Volumen del estudio global

Registro de puntos II Condición inicial: Punto de referencia contenido en un corte axial. Objetivos Localización del punto de referencia en el corte coronal correspondiente. Localización del punto de referencia en el corte sagital correspondiente. Procedimiento Idea similar a la seguida para la reconstrucción. Proceso inverso.

Corte axial de referencia Registro de puntos III 1. División en bloques verticales y horizontales Bloque 1 Bloque 2 Bloque i Bloque N-1 Bloque N Corte axial de referencia Bloque j Corte Coronal = i Corte Sagital = j

Columna i que contiene al punto Registro de puntos IV 2. Coordenadas coronales 2.1 Coordenada X Uso de la coordenada X del punto en el corte axial... Y X Columna i que contiene al punto Bloque Coronal Y X Bloque axial 180º X = NumColumnasBloque – i – 1

Registro de puntos V Uso del número de corte axial de referencia... 2. Coordenadas coronales 2.1 Coordenada Y Uso del número de corte axial de referencia... Corte axial i que contiene el punto de referencia Bloque i del corte coronal Y = NumCorteAxial * GradoExpansion + GradoExpansion/2

Aplicación Informática I Objetivo Proporcionar herramientas de visualización, reconstrucción, registro e interpolación. Funcionalidad Decodificación de ficheros DICOM. Reconstrucción coronal y sagital. Interpolación axial. Registro de puntos. Almacenamiento de información de registro. Medición de tiempos. Tratamiento básico de imagen. Monitorización de procesos.

Tecnología Framework 2.0 Entorno de programación Visual Studio 2005 Tecnología .NET Framework 2.0 Entorno de programación Visual Studio 2005 Lenguaje de programación C# Librerías externas OpenDICOM# Aforge .NET