Contribuciones al procesado de imágenes de resonancia magnética de tensor de difusión y su aplicación médica

Resum

El registrado es una técnica de procesado que determina la transformación que hace corresponder las estructuras presentes en varias imágenes, y las alinea a un espacio de referencia. Tiene gran importancia en el ámbito de imagen médica, puesto que facilita el análisis de volúmenes de datos pertenecientes a determinados grupos de pacientes, así como la identificación de estructuras de interés a partir de un atlas. En esta tesis se contribuye a la adaptación de este tipo de algoritmos a la modalidad de imagen de resonancia magnética de tensor de difusión, que permite visualizar las estructuras de fibras nerviosas que constituyen la sustancia blanca del cerebro. Para ello, se parte de un método de registrado block matching mediante el cual se obtiene un campo de desplazamiento, que se aproxima con funciones base de forma que satisface ciertas condiciones de suavidad y diferenciabilidad. Partiendo de este esquema de registrado se analiza la influencia de la interpolación en los resultados proponiendo dos nuevas técnicas para llevar a cabo esta interpolación, una de las cuales es la extensión a tres dimensiones de un método descrito en la literatura. Los experimentos realizados muestran la importancia de utilizar esquemas de interpolación adaptados al tipo de datos considerado. Se definen también dos nuevas métricas del registrado que evalúan la similitud entre tensores teniendo en cuenta las características de la difusión: su forma, tamaño y orientación, probando que la correspondencia entre imágenes mejora al utilizar estas métricas en lugar de otras basadas en criterios estrictamente matemáticos. Se analiza además la necesidad de deformar los tensores de forma coherente con la transformación de la imagen, aportando un marco teórico en el que las diferentes técnicas propuestas pueden ser vistas como simplificaciones. Mediante experimentos se estudia también la influencia de esta transformación en el registrado de volúmenes reales de diferentes sujetos. Por último, se proponen aplicaciones en las que el registrado juega un papel importante. En concreto, se construye un modelo mediante el promediado de imágenes que han sido alineadas a un espacio de referencia común aplicando el algoritmo de registrado propuesto. A partir de este modelo se define un atlas en el que se identifican algunos de los tractos de fibras cerebrales, de interés en aplicaciones medicas, y se propone un algoritmo que permite la identificación automática de dichos tractos en volúmenes de datos, mostrando ejemplos de su funcionamiento tanto en imágenes de control como en casos patológicos.