VISUALIZACIÓN Y RECONSTRUCCION DE IMÁGENES DICOM DE

ESTUDIOS DE RESONANCIAS MAGNÉTICAS

REALIZADO POR:José Antonio Mora MartínezFrancisco de Paula Lobato Rodríguez

DIRIGIDO POR:Pedro Real Jurado

1. Reconstrucción de las vistas sagital y coronal de un estudio de resonancia magnética en vista axial.

2. Primer paso de una línea de investigación y desarrollo.

3. Trabajo de documentación.

4. Implementación e implantación de procedimientos matemáticos:

1

OBJETIVOS:

Reconstrucción

Interpolación

Registro

2

1. Resonancia Magnética.

2. DICOM.

3. OpenDICOM.

4. Implicaciones matemáticas.

5. Aplicación informática.

CONCEPTOS:

3

RESONANCIA MAGNÉTICA

Es una herramienta que goza de gran difusión por su enorme utilidad.

Es una técnica que permite obtener imágenes precisas de los órganos internos del cuerpo e información del estado funcional de los tejidos.

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.

4

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).

DICOM

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.

5

DICOM (Formato del archivo)

Preámbulo

Prefijo

Data Element

Data Element

Data Element

Data Element

. . .

HEADER

DATA SET

Value Field

DATA ELEMENT

Tag

Etiqueta de identificaci

ón

VR

Valor de representación para el tipo

de dato

Información relativa al paciente

Value Length

Longitud del dato

6

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)

7

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.

8

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.

9

Reconstrucción I

Objetivo: Obtención de vistas coronal y sagital

Reconstrucciónaxial

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).

10

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 bloques2. Formación corte i

2.1. Bloque i de cada corte2.2. Rotación del bloque

2.1. Inserción en la imagen

11

Reconstrucción III

Del modelo ideal al modelo real...

Y

X

Z

Y

X

Z

Problemas a resolver

Definición de bloques en cada plano. Extracción de información útil. Formación de un nuevo corte.

12

Reconstrucción IVDivisión en bloques de cada plano

. . . NFilas

NCols

Nº Bloques = NumCortes

PíxelsBloque =NumFilas/ NumCortes

Extracción de información útil

X

Y

Z Bloque axial tridimensional

Información coronal

X

Y

Bloque axial bidimensional

¿?

Solución: Media Aritmética de cada columna

13

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.Bloque 1

Bloque 2

Bloque i

Bloque N

...

...

Corte axial

INFORMACIÓN i

Cols1

INFORMACIÓN CORTE 1

M 1

INFORMACIÓN CORTE 2

INFORMACIÓN CORTE 3

INFORMACIÓN CORTE 4

INFORMACIÓN CORTE N

. . .

Slice Thickness (mm)

Pixel Spacing (mm)

14

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

15

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.

16

Interpolación II

Procedimiento:

N N x 2 - 1

PI(i,j) =PN(i, j) + PN+1(i, j)___________________

2

17

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

18

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.

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 jBloque 1

Corte Coronal = i

Corte Sagital = j

19

Registro de puntos IV

2. Coordenadas coronales

Y

X

Bloque axial

Y

X

Columna i que contiene al punto

Bloque Coronal180º

X = NumColumnasBloque – i – 1

2.1 Coordenada X

Uso de la coordenada X del punto en el corte axial...

20

Registro de puntos V

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

21

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.

23

Tecnología

Tecnología .NET

Framework 2.0

23

Entorno de programación Visual Studio 2005 Lenguaje de programación C#

Librerías externas

OpenDICOM#

Aforge .NET