Una contribución al registrado articulado. Aplicación a la determinación de la maduración ósea mediante análisis de imágenes radiografícas

Abstract

El registrado de imagen es de gran interés dentro del campo de la imagen médica. Consiste en la determinación de una transformación geométrica que alinea los puntos correspondientes en dos imágenes. En este trabajo se plantea un método inédito de registrado elástico. El método descrito se llamará "registrado articulado''. Dicho método es un procedimiento de registrado elástico basado en un modelo anatómico formado por puntos de control conectados entre sí en el que cada hueso es registrado de forma individual de forma afín y los tejidos blandos son registrados de forma elástica, de forma que las estructuras óseas largas se mantengan rectas mientras que la transformación a lo largo de toda la imagen es continua y suave. Para hacer el método completamente automático, los puntos de control anatómicos usados para el registrado se detectan usando un conjunto de algoritmos de procesado de imagen. Se incluye un proceso de optimización para el refinado de los puntos de control dentro del algoritmo de registrado. Finalmente se aplica un algoritmo de corrección en anchura para los huesos. Se aplica el método articulado en el registrado de radiografías de la mano y mostramos que nuestro algoritmo de registrado articulado es robusto y supera a otras alternativas basadas en el algoritmo TPS (thin-plate splines). Además hemos generalizado el marco de registrado poliafín Log-Euclídeo de forma que permita estructuras articuladas. Este marco tiene propiedades muy útiles ya que garantiza la invertibilidad de las transformaciones geométricas suaves. En este contexto, el diseño de las funciones de ponderación, que fusionan las transformaciones afines definidas para cada par de varillas del modelo, tiene un gran impacto no sólo en el resultado final del algoritmo de registrado, sino también en la invertibilidad de la transformación elástica global. Definimos varias funciones de ponderación y las comparamos usando tanto imágenes sintéticas como radiografías de la mano. La edad ósea es el estado de maduración esquelética y su determinación es una tarea frecuentemente realizada en el campo de la radiología pediátrica, ya que muchas enfermedades y síndromes relacionados con el crecimiento dan lugar a discrepancias significativas entre la edad ósea y la edad cronológica. La determinación de la edad ósea es además útil para predecir la talla adulta. El método TW3 es el más exacto de los métodos existentes, pero al mismo tiempo más complejo y el que requiere de más tiempo. A día de hoy, es realizado por inspección visual lo que es claramente una tarea tediosa y lenta. Por tanto es deseable automatizar dicha evaluación. Los métodos computacionales existentes son soluciones parciales o no usan las mismas características que el método TW3. En esta tesis se propone una metodología inédita basada en registrado de imagen para determinar de forma automática la edad ósea siguiendo el método TW3. Este método lleva a cabo el registrado de la radiografía de la mano como un paso previo a la determinación de la edad ósea. Esto permite extraer las regiones de interés de una forma muy sencilla. Cada hueso se compara con un conjunto de modelos en cada estadio de desarrollo siguiendo el método TW3. El clasificador usa toda la información disponible en la imagen en lugar de hacer ningún tipo de segmentación o extracción de características y compara la similitud entre las imágenes mediante una medida llamada Información Mutua Focalizada que no ha sido previamente aplicada en este contexto. Proponemos dos clasificadores diferentes y comparamos sus resultados con los diagnósticos realizados por dos especialistas pediátricos; la metodología seguida nos lleva a la conclusión de que nuestro método automático obtiene resultados comparables a los diagnósticos inter-observador.