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Imagen biomédica

 

El análisis y procesamiento de la imagen biomédica dentro del Grupo de Bioingeniería y Telemedicina se lleva a cabo con dos importantes especificaciones: (1) se realiza sobre las imágenes médicas ya obtenidas, sin intervenir ni modificar el proceso de obtención de las imágenes, y (2) no son un fin en si mismo, sino un medio para la mejora de los procesos de algunos tratamientos guiados por imagen.

De esta manera, la investigación en este campo se centra tanto en la creación de nuevos métodos y algoritmos de procesamiento de imagen, como en la aplicación de herramientas ya disponibles en nuevos campos médicos para resolver problemas clínicos.

1.    Radioterapia adaptativa en cáncer de próstata.

La radioterapia es un tratamiento eficaz contra el cáncer, pero conlleva efectos secundarios derivados de la radiación sobre el recto y la vejiga. La cuantificación de los movimientos prostáticos ha permitido una reducción considerable del volumen radiado (IGRT), pero las grandes deformaciones de los órganos de riesgo impiden la reducción adicional de los márgenes de radiación. El diseño de algoritmos de registro deformable tridimensional de gran precisión que pudieran simular las grandes deformaciones de esta región serviría para ajustar el tratamiento de cada paciente según su evolución, permitiendo una adaptación del tratamiento según la evolución del paciente (ART). Image

Objetivos

1.       Procesamiento de imágenes de radioterapia (imágenes estructurales de CT, imágenes de contornos e imágenes de dosis de radiación) para la mejora del tratamiento actual de radioterapia. Image
Image 2.       Diseño de algoritmos de procesamiento de imagen que hagan uso de la información estructural disponible en las imágenes de CT y de la información disponible en las imágenes de contornos delineados manualmente en la planificación inicial.
3.       Definición de metodologías de evaluación de los algoritmos propuestos. Image
Image 4.       Nuevas técnicas de reconstrucción 3D.

 

2.    Cateterismo guiado por imagen 

La medicina moderna está avanzando irreversiblemente hacia procedimientos quirúrgicos menos invasivos. Las técnicas convencionales de cirugía abierta están siendo reemplazadas por intervenciones que reducen el trauma debido al acceso y por lo tanto minimizan el dolor y el periodo de hospitalización para los pacientes. El inconveniente de estas técnicas es que es requiere enormes esfuerzos a los intervencionistas, conllevando inaceptables riesgos para el paciente. Image
Image Esta línea de investigación está orientada a minimizar estos inconvenientes, específicamente para una serie de nuevos y prometedores procedimientos de cateterismo cardiovascular, como la colocación de injertos intravasculares para el tratamiento de aneurismas aórticos abdominales (derecha) o la ablación mediante radiofrecuencia para el tratamiento de la fibrilación auricular (izquierda). Para ello es de especial importancia la creación de un modelo geométrico específico del sistema cardiovascular del paciente y el diseño de una interfaz gráfica avanzada que facilite la intervención al especialista que muestre únicamente la información útil en cada instante. 

 

Objetivos

El objetivo principal de esta línea de investigación es la creación de una plataforma ICT que cubra el espacio entre la realidad del catéter dentro del sistema cardiovascular y la manera en la que esa realidad es presentada y accesible al intervencionista. Para la consecución de este objetivo principal se trabaja en los siguientes subobjetivos:

-          Segmentación robusta de imágenes RM frente a la variabilidad de la calidad de la imagen médica de las estructuras de interés.

o    Estructuras vasculares:

  • Luz de la aorta, definida por el agente de contraste.
  • Pared de la aorta.
  • Falsa luz.
  • Diferenciación de la media y la adventicia.

                         o    Estructuras cardiacas:

  • Aurícula izquierda y venas pulmonares.

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-          Construcción del modelo y parametrización:

        o    Caracterización del espacio físico mediante el diseño de un modelo paramétrico geométrico de la anatomía vascular basado en magnitudes clave medibles.

o    Detección automática de zonas de riesgo en la pared aórtica mediante el uso de modelos de elementos finitos de la pared vascular y el trombo intraluminal.

o    Construcción de un mapa indicativo del grosor de la pared de la aurícula.

-          Registro del modelo paramétrico con la información intraoperatoria

o    Registro rígido para poner en concordancia espacial la información de sensores EM con el modelo paramétrico.

o    Registro no-rígido en tiempo real basado en técnicas de animación por ordenador que permite la simulación de deformaciones longitudinales del árbol vascular.


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3.    Segmentación y reconstrucción 3D del hígado y sus estructuras vasculares para cirugía guiada por imagen 

La cirugía guiada por imagen tiene uno de sus principales campos de aplicación en el caso particular de la resección hepática mediante ablación por radiofrecuencia. La necesidad de una correcta segmentación y reconstrucción 3D del hígado y del árbol vascular que lo riega es básica para el correcto funcionamiento de los sistemas de navegación usados para el guiado de esta intervención de Cirugía de Mínima Invasión. Esta línea de investigación se centra en la construcción de modelos virtuales específicos de los pacientes para una cirugía más segura y con menos daños asociados.

Objetivos

El objetivo principal de esta línea de investigación es la creación de una plataforma ICT que ayude a la navegación durante la intervención, destacando las estructuras importantes que no deben ser dañadas, como las principales arterias hepáticas, y el tumor que debe ser reseccionado. Para la consecución de este objetivo principal se trabaja en los siguientes subobjetivos:

-          Segmentación robusta de imágenes de CT y RM, con y sin contraste radiológico, de las estructuras de interés:

o    Hígado.

o    Principales estructuras vasculares

§  Arteriales.

§  Venosas.

o    Tumor a reseccionar.

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-          Creación de modelos virtuales del paciente a partir de las estructuras segmentadas.

-          Creación de modelos sólidos de elementos finitos (FEM).

-          Registro no-rígido del hígado basado en el análisis de los modelos de elementos finitos y en la información del video endoscópico.

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4.    Neuroimagen: Análisis y tipificación de lesiones 

La necesidad clínica de identificar las estructuras dañadas en un paciente con daño cerebral adquirido (DCA) junto con la ausencia de algoritmos de procesamiento de imagen que permitan automatizar este proceso, demanda la investigación en nuevos métodos de procesamiento de imagen de RM con la finalidad de crear perfiles disfuncionales a partir de la información extraída de los estudios de imagen.

Objetivos

El principal objetivo de esta línea de investigación es la clasificación y tipificación de lesiones cerebrales a partir de estudios de imagen médica. En concreto, los estudios de imagen que se van a utilizar son RM tanto de sujetos control como de pacientes con DCA.

Para la consecución de este objetivo principal se trabajará en los siguientes subobjetivos:

-       Segmentación robusta de los distintos tipo de tejidos cerebrales: materia blanca, materia gris, líquido cefalorraquídeo, hueso.

-       Métodos automáticos para la detección de puntos de interés.

-       Métodos de matching y evaluación de los puntos de interés detectados.

-       Métodos de registro basado en la detección automática de puntos de interés.

-       Métodos para la identificación de estructuras cerebrales a partir de puntos de interés.

-       Métodos para el promediado de estudios de imagen.

-       Creación de modelos de lesiones a partir de la información extraída de los estudios de imagen.

 

Centros colaboradores


 

Hospital Universitario "La Princesa"

La colaboración con este centro hospitalario se fundamenta en la línea de investigación que se centra en la radioterapia adaptativa. Específicamente, se trabaja con la sección de Radiofísica del Servicio de Oncología Radioterápica, donde la coordinación se lleva a cabo con el Dr. Feliciano García Vicente y la Dra. Almudena Zapatero Laborda.

Institut de Rehabilitació Guttmann

 Hospital de referencia para el tratamiento medicoquirúrgico y la rehabilitación integral de las personas con lesión medular, daño cerebral adquirido u otra gran discapacidad de origen neurológico (http://www.guttmann.com).

El Institut Guttmann tiene establecidas tres líneas de investigación en las que se articulan seis programas transversales estratégicos de investigación traslacional.

Líneas de investigación:

  • Neurorrehabilitación de la lesión medular
  • Neurorrehabilitación del daño cerebral adquirido
  • Neurorrehabilitación pediátrica

Programas estratégicos de investigación:

  • Bioingeniería aplicada a la autonomía funcional de las personas
  • Neuroestimulación, neuromodulación y estimulación no invasiva
  • TICs aplicadas a la rehabilitación neuropsicológica y estimulación cognitiva
  • Neurorrehabilitación de la función digestiva
  • Medicina regenerativa aplicada a la LM y el DCA
  • Análisis de resultados aplicada a la generación de conocimiento

Berenson Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation

El Berenson-Allen Center for Noninvasive Brain Stimulation (CNBS, http://tmslab.org), dirigido por Álvaro Pascual-Leone y perteneciente al Beth Israel Deaconess Medical Center y a Harvard Medical School es uno de los centros más prestigiosos a nivel internacional en estudio del cerebro humano. 

Algunas de sus líneas de investigación más importantes son:

  • Relaciones cerebro-comportamiento
  • Plasticidad cerebral y su modulación
  • Empleo de diversas técnicas de estimulación cerebral no invasivas (Transcraneal Magnetic Stimulation (TMS), Transcraneal Direct Current Stimulation (tDCS))
  • Electroencefalografía
  • Imagen cerebral funcional

Leuven Medical Technology Center

The Leuven Medical Technology Center is a collaborative research centre which comprises research groups from the University Hospital of Leuven and the Catholic University of Leuven (K.U.Leuven). 

The Interventional Centre

The Interventional Centre is a research and development centre for medical imaging, image guided and minimally invasive therapy at Oslo University Hospital in Oslo, Norway and Faculty of Medicine at University of Oslo. The centre was established in 1996 to create a link between clinical practice, applied-, and basic research in the fields pertaining to minimally invasive and image guided therapy.

SINTEF

SINTEF is a broadly based, multidisciplinary research concern that possesses international top-level expertise in technology, medicine and the social sciences. SINTEF operates in partnership with the Norwegian University of Science and Technology (NTNU) in Trondheim, and collaborates with the University of Oslo.

 


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