14/03/2011 - Nuevas tecnologías de imagen y modelado. Herramientas para el diagnóstico

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El grupo de investigación Laboratorio de Procesado de Imagen(LPI), de la ETS Ingenieros de Telecomunicación tiene como finalidad fundamental desarrollar herramientas computacionales que sirvan de ayuda a la toma de decisiones, especialmente en entornos clínicos, en los que buscan incorporar las nuevas tecnologías, y en particular la relacionadas con nuevas modalidades de imagen médica. Para tal fin, el LPI lleva a cabo una intensa labor en el campo de procesado de señal e imagen. Cuenta con relevantes conexiones tanto con agentes locales (hospitales y empresas de la región) y nacionales (ha participado en una Red Temática del Fondo de Investigaciones Sanitarias), así como en proyectos coordinados con otras universidades y empresas, y colabora con centros de investigación en red (CIBER) del Instituto de Salud Carlos III y forma parte de una red Nacional de Procesado de Imagen (Red PRISMA), europeas (miembro de una Red de Excelencia del VI Programa Marco) y americanas (amplia labor conjunta con el Departamento de Radiología de Harvard Medical School).

En estos 14 años, el Grupo de Investigación Reconocido (GIR) que coordina el catedrático Carlos Alberola López, ha desarrollado multitud de proyectos de investigación. Actualmente están inmersos, entre otros, en el proyecto nacional 'Convergencia de Tecnologías Médicas para la Gestión Integral del Remodelado Cardiovascular', cuyo objeto es estudiar desde una perspectiva global el problema del remodelado cardiovascular que acompaña a patologías de este sistema para desarrollar herramientas computacionales que permitan simular este tipo de dolencias, crear ayudas al diagnóstico y manejar toda la información que a este respecto se genere del paciente.

Esta iniciativa, que se desarrollará hasta finales del 2012, se enmarca dentro de los objetivos de la convocatoria de los proyectos Cénit del Ministerio de Ciencia e Innovación, que tienen como fin fomentar la investigación en áreas de importancia estratégica para la economía española y mejorar su posicionamiento tecnológico. El Estado subvenciona a las empresas que concurren a la convocatoria para que lleven a cabo tareas de investigación y desarrollo y, en particular, subcontraten a universidades y otros organismos públicos de investigación (OPIs). La UVA es uno de estos OPIs que conjuntamente con otros organismos, entre los que se encuentra la Universidad Pompeu Fabra, llevará a cabo parte de las investigaciones. El proyecto en su conjunto está coordinado desde el punto de vista empresarial por el Grupo Hospitalario Quirón.

«Es un proyecto ambicioso en el que se pretende estudiar cómo es el funcionamiento del sistema cardiovascular, las patologías que puede tener, e intentar modelar matemáticamente su funcionamiento y particularizar esos modelos con cada uno de los pacientes con los que se trabaje, con el objetivo de predecir los efectos que puedan tener determinadas intervenciones». Por ejemplo, si se coloca un stent a una persona, que no deja de ser un cuerpo extraño, para impedir que se rompa un vaso sanguíneo, al no tener las mismas propiedades que las paredes del vaso se puede producir un flujo anormal en la sangre que podría provocar algún daño en los vasos.

En el trabajo que se desarrolla se trata de modelar la dinámica de la sangre una vez puesto el stent para predecir qué efectos tendrá localmente en el vaso. Otro ejemplo. Si una persona ha sufrido un infarto, lo que trae consigo la necrosis en una zona del miocardio, se intenta modelar matemáticamente cómo es el comportamiento del corazón a partir de ese momento con el objetivo de predecir cuál va a ser el funcionamiento de este órgano a medio plazo.

Los datos de la resonancia magnética se van actualizando y de esta forma se puede analizar el grado de recuperación de los tejidos afectados, lo cual ayudará a prever si va a estar sometido a un nuevo infarto o va a tener un mal funcionamiento en otra zona.

Interpretación de señales

El trabajo del que se encargarán los miembros de este laboratorio de la UVA será principalmente la captación e interpretación de señales electrofisiológicas y tomas de imagen de resonancia en los pacientes que han sufrido algún tipo de enfermedad cardiovascular. Para ello, se van a realizar dos tipos de investigaciones. La primera enfocada a los pacientes monitorizados en sus propios domicilios a través de distintos sensores, que generarán señales de diversos tipos y que posteriormente serán transmitidas a una central, en donde serán procesadas por el equipo de la UVA antes de ser analizadas por los especialistas en cardiología del hospital. En la segunda parte de la investigación se tomarán imágenes a través de resonancia magnética cuando los pacientes sean ingresados o cuando realicen visitas puntuales con el fin de realizar un seguimiento en plazos de tiempo más largos. Estas imágenes serán integradas con los datos de monitorización para ofrecer una información conjunta útil, destinada a los especialistas que tratan a estos pacientes y dotarles de patrones que identifiquen señales de alarma.

Las imágenes de resonancia magnética utilizan una técnica denominada perfusión, vinculada también a las dolencias cardíacas, como el infarto. Se trata de un método en el que antes de aplicar la resonancia al paciente se le inyecta un fármaco en la sangre que llega al corazón y se difunde por todo el músculo del corazón -el miocardio-, y transcurrido cierto tiempo va desapareciendo. Los cambios en el contraste en la imagen de resonancia que produce dicho fármaco se utilizan para conocer el daño del corazón tras un infarto.

En su comienzo, el grupo desarrolló un trabajo sobre ecografía tridimensional (inicialmente se centraron en la fetal) en una época en la que empezaban a aparecer los primeros equipos comerciales de estas características y de los que había muy pocos en Castilla y León. «Lo que intentábamos era crear herramientas que ayudaran al diagnóstico, y que automatizaran, por ejemplo, la detección de algún órgano concreto y aportara una medida objetiva. Normalmente, cuando un médico realiza una ecografía lo que hace es marcar el contorno del órgano en un plano, pero una ecografía tridimensional aporta muchos más cortes y si se procesa automáticamente aporta unas medidas más cercanas a la realidad, además de que son repetibles», explica Alberola. Estos trabajos se han traducido en publicaciones en revistas especializadas y un registro de la propiedad intelectual. «Nosotros hacemos algoritmos computacionales para que, a partir de las ecografías ya captadas, proporcionemos los contornos de los órganos de interés y, a partir de ellos, las medidas que sean necesarias» para que el especialista lleve a cabo su diagnóstico.

Hospital Río Carrión

En aquel momento se lograron obtener ecografías tridimensionales con ecógrafos bidimensionales convencionales. Por medio de un posicionador magnético colocado sobre la sonda del ecógrafo, se obtenía información en cada momento de la posición y orientación de dicha sonda. Mediante un barrido y una técnica de reconstrucción se lograba representar una imagen tridimensional. En materia de ultrasonografía, el LPI coordinó un proyecto en colaboración con la Politécnica de Valencia y la Universidad de las Palmas de Gran Canaria, en el cual también participó el Hospital Río Carrión de Palencia.

En el año 2002 empezaron a trabajar con imagen neurológica (imágenes de cerebro mediante resonancia magnética), y en concreto una modalidad inédita en Castilla y León: la resonancia magnética de difusión tensorial. Esta línea de trabajo surgió a raíz de la colaboración establecida con la Universidad de Harvard, concretamente con Harvard Medical School, y más específicamente con el Surgical Planning Lab. Esta modalidad, poco convencional y con gran resolución de imagen, permite ver la distribución y orientación de las fibras nerviosas en la sustancia blanca del cerebro. Esta información permite cuantificar las conexiones neuronales entre distintas áreas cerebrales, lo que proporciona, por ejemplo, información sobre recuperación de pacientes tras un infarto cerebral (ictus) y permite planificar operaciones para extirpar un tumor tratando de afectar mínimamente al tejido sano. Gracias a proyectos posteriores, esta modalidad de imagen se ha introducido en el hospital Clínico Universitario de Valladolid y en el Centro PET Recoletas de Valladolid.

En esta materia, el grupo LPI colabora con radiólogos, neurólogos, neurocirujanos y psiquiatras, en los dos hospitales públicos de Valladolid capital y con el CDV (Centro de Diagnóstico Valladolid), grupo hospitalario privado con el que el LPI ultima un convenio de colaboración. En el ámbito nacional, el LPI colabora con el Hospital Gregorio Marañón de Madrid y el Hospital Benito Meni en Sant Boi de Llobregat en Barcelona.

Además, conjuntamente con el Instituto de Ciencias del Corazón (ICICOR), equipo de vanguardia nacional en regeneración del miocardio con células madre, se han abordado distintos problemas vinculados a la imagen cardíaca. La misión del LPI ha sido la de dotar al ICICOR de tecnología para poder hacer medidas repetibles y cuantificar la función miocárdica de una forma no sometida a la variabilidad.

Actualmente trabajan con una empresa de Barcelona con la que desarrollan un módulo de reconocimiento automático de radiografías de manos y pies para detectar avances en artritis reumatoide.

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