VISUALIZACIÓN Y RECONSTRUCCION DE IMÁGENES DICOM DE ESTUDIOS DE RESONANCIAS MAGNÉTICAS

1. 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

2. 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

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

4. 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.

5. 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.

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

7. 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 (VisualizationToolKit) • ITK (InsightToolKit) • MITK (Medical Imaging InteractionToolKit) • DCMTK (DiCoMToolKit)

8. 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.

9. 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). • Mecanismos útiles para la visualización y el tratamiento de estudios RMN. • Soporte para futuros métodos avanzados. Algoritmia Matemática Tres procesos fundamentales Motivaciones

10. Reconstrucción I Objetivo: Obtención de vistas coronal y sagital Reconstrucción coronal sagital axial 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).

11. Bloque 1 Bloque 2 Bloque 3 Bloque 4 Eje Y Cortes Coronales Eje X Eje Z Reconstrucción II Aproximación a la solución coronal: Modelo tridimensional 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

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

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

14. 1 Cols INFORMACIÓN i M 1 Corte axial Slice Thickness (mm) Pixel Spacing (mm) INFORMACIÓN CORTE 1 INFORMACIÓN CORTE 2 INFORMACIÓN CORTE 3 INFORMACIÓN CORTE 4 Bloque 1 . . . Bloque 2 ... Bloque i INFORMACIÓN CORTE N ... Bloque N 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.

15. 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

16. 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.

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

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

19. 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.

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

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

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

23. 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.

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