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REALIDAD VIRTUAL EN MEDICINA

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Imagenología.

 
1.Introducción.
 
2.Ultrasonido (Ecografía).
 
3.Tomografía axial computarizada (TAC) y        Resonancia Magnética (RM).
 
4.Tomografía por emisión de Positrones (PET).

 

 

 

 

 

 

 

1. INTRODUCCIÒN

El análisis de las estructuras internas del cuerpo sólo ha sido posible durante el último siglo, con el descubrimiento de los rayos-X. Otra revolución llegó no hace más de 30 años con la utilización de las tomografías computerizadas y resonancias magnéticas que permiten el estudio y análisis en tres dimensiones del cuerpo humano. En asi como el campo de la imagenología médica se convierte en una de las aplicaciones mas importantes del procesamiento y visualización de imágenes en realidad virtual. Este campo de la medicina, cuyo desarrollo empezó a principios del siglo XX con el descubrimiento de los rayos X por Wilhelm Röntgen y que hasta hace unos cuantos años se basaba exclusivamente en la lectura de imágenes en 2D por parte de los especialistas, se encuentra en una constante evolución hacia el desarrollo de tecnologías que permitan también realizar reconstrucciones tridimensionales teniendo las mismas bases de los equipos convencionales de Ultrasonido (ecografía), Tomografìa Axial Computarizada (CT), resonancia magnética (RM) y Tomografía por emisión de positrones (PET) que con la ayuda de gran cantidad de software y hardware capaz de tomar estas imágenes para convertirlas en representaciones 3D bastante cercanas a la realidad que ya pueden ser trabajadas como imágenes digitalizadas en la red.

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2. ULTRASONIDO

Existen varias técnicas de ultrasonidos, aunque la imagen bi-dimensional es la más frecuente. Sin embargo, todas ellas están sujetas a la subjetividad y dependen de la experiencia del especialista a la hora de manipular la sonda y reconstruir mentalmente la estructura 3D a partir de las secuencias de imágenes 3D, para obtener un diagnóstico o proceder a una intervención. Por esta razón se están proponiendo nuevas técnicas más objetivas, como la imagen 3D que va ganando terreno en varias especialidades. La imagen 3D se puede hacer utilizando instrumentación 3D, que en general es muy cara, o a partir de la secuencia de imágenes 2D utilizando un visualizador que simula modelos 3D. La base de este trabajo es así la simulación 3D a partir de la secuencia de imágenes 2D, centrándose en la adquisición y reconstrucción de imágenes.

En este trabajo se utilizan imágenes obtenidas con la técnica de manos libres en la cual la posición y ángulo de la imagen son determinados por el operador, puesto que permite elegir las mejores imágenes y su orientación de acuerdo con la compleja superficie del paciente por donde pasa la sonda. La determinación del orden y orientación de las imágenes que se exige en la reconstrucción 3D se obtiene asociando un sensor de campo magnético, que consiste en un transmisor colocado cerca del paciente. Este sistema es muy flexible y produce imágenes de alta calidad, con lo cual es ampliamente utilizado en obstetricia y para realizar imagen vascular.


En particular, en el campo de la obstetricia, además de conocer la posición y la orientación de las imágenes es necesario conocer la posición del feto con relación a la madre. Para ello es necesario combinar imágenes ecográficas del feto y la imagen real de la madre en el momento de la ecografía.

El módulo de realidad aumentada es, por consiguiente, un método completamente novedoso que consiste en mejorar la representación de los datos volumétricos (reconstrucción tridimensional de las superficies que componen el feto a partir de secciones sonográficas utilizando los ecógrafos disponibles), procedentes de la ecografía en la posición relativa correcta con respecto a la madre bajo exploración. Para ello se proyecta un módulo gráfico sobre una secuencia de imágenes reales que se obtiene en una estación de trabajo mediante cámaras.
 

Se entiende por visualización de datos tridimensionales la proyección de las estructuras 3D sobre una imagen bi-dimensional, que es la pantalla del ordenador. A partir de una serie de imágenes bi-dimensionales es posible hacer visualización volumétrica directa (“volume rendering” ) o bien visualización de las superficies de los datos (“surface rendering”). Actualmente existe un visualizador 3D. Para proceder a la reconstrucción de las estructuras tridimensionales se puede o bien hacer la segmentación de las imágenes 2D, lo que permite extraer contornos de cada estructura o detalles de cada imagen, o bien utilizar una serie de imágenes 2D para construir la estructura total en volumen. El punto de vista y la transparencia de los objetos presentes determinan cuáles de las estructuras son visibles y cuáles no. Así, para la construcción del visualizador 3D se ha diseñado e implementado un navegador (“browser”) disNei 1.0 que permite interpretar los datos anatómicos y manipularlos (color, transparencia, punto de vista, etc.). El objetivo es crear una herramienta de trabajo que el usuario (médico, u otro profesional del área) pueda utilizar de manera interactiva y sencilla. El navegador anatómico disNei 1.0 está implementado en VTK-Tcl/ TK (VTK son librerias de visualización y Tcl/TK se utiliza para la interfaz del usuario). Con el navegador disNei 1.0 es posible cargar estructuras jerarquizadas asociadas a ficheros tridimensionales (isosuperficies de órganos obtenidos a partir de imágenes 2D, previamente segmentadas). Estas estructuras jerarquizadas se muestran en forma de árbol de manera que el usuario puede plegar y desplegar la imagen según desee.
 

3. TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTARIZADA Y RESONANCIA MAGNÉTICA

 

La razón por la cual he decidido colocar estas dos técnicas en un solo apartado, es porque como veremos mas adelante, ambas se basan en el principio de "el corte", asi que mediante el uso de estas dos en conjunto es que se logra la creación de imágenes 3D en realidad virtual con la gran cantidad de software especializado en esta tarea

Un ejemplo de este software es el programa 3D Doctor, un software basado en vectores para el modelado de las imágenes medicas. En este caso vemos como se obtuvo una imagen a partir de cortes tomados por un tomógrafo (aunque se aplica lo mismo para los resonadores magnéticos), estos cortes son como tajadas que el equipo saca de un segmento del cuerpo a distintos niveles, generalmente estos planos de corte se separan 1 centímetro uno del otro (Imagen de la izquierda). Así que lo que hace el programa es tomar las partes que se necesitan analizar (en el caso de la imagen del medio, la pelvis ósea) y con base en la secuencialidad de las imágenes, las reunifica formando así la representación 3D del segmento corporal, para la navegación en un computador como lo permite su representación virtual.  Es asi como la realización de este método usando imágenes obtenidas con un resonador complementa a las de CT, puesto que este solo realiza cortes en un eje corporal (Axial), mientras que los equipos de RM lo hacen en 3 ejes (axial, sagital y coronal) lo que nos permite obtener imágenes cada vez más realistas.

Es asi que hace unos años se propuso in proyecto "The Visible Human Project" que es una iniciativa del Plan de Largo Alcance de 1.986 de la Biblioteca Nacional de Medicina (National Library of Medicine) de EE. UU.para crear una completa representación anatómica detallada, en 3 dimensiones, del cuerpo humano de un hombre y una mujer. Actualmente el proyecto se halla en fase de recolección de imágenes transversales por TAC, IRM y criosección, de cadáveres de hombres y mujeres, con un intervalo de 1 milímetro. El objetivo a largo plazo del Proyecto Humano Visible es producir un sistema de estructuras de conocimiento que de forma transparente enlazarán formas de conocimiento visuales con formatos de conocimiento simbólico, como los nombres de las partes del cuerpo. Algunos videos demostrativos pueden ser encontrados en los siguientes vínculos:

 

 

 

http://www.crd.ge.com/esl/cgsp/projects/medical/head_ct.mpg

http://www.crd.ge.com/esl/cgsp/projects/medical/brain.mpg

 

 

 

 

4. TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES

Aún mas impactante me resultó indagar acerca de los últimos avances de compañías que trabajan en equipos médicos, como lo es el caso de la Siemens que se encuentran realizando pruebas de modelado y representación virtual de imágenes obtenidas a través de equipos PET (Positron-emition Tomography) que están mas masificados en países industrializados, pues con el uso de computadores y software avanzado en este campo han logrado obtener modelos virtuales de segmentos corporales en 3D demasiado cercanos a la realidad como el corazón que vemos a la izquierda. Es que se ve hasta la grasa pericárdica! que es una capa de unos cuantos milímetros de grosor representada por las manchitas oscuras en la superficie del corazón, así como también es posible observar algunas pequeñas arterias que actualmente y en países como Colombia, solo se pueden ver con métodos invasivos, es decir mediante la inyección de sustancias radioactivas al torrente sanguíneo para su posterior análisis con equipos especializados. Este sin duda sería un avance que mejoraría aun mas la calidad del diagnostico medico en la medida en que las representaciones virtuales del cuerpo se acercaran lo mas posible a la realidad.

 

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Diego Enrique Nova Vaca - Medicina IV

denovav@unal.edu.co

CURSO DE CONTEXTO MUNDOS VIRTUALES-2005

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA