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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD PRIVADA DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELECTRÓNICA
MENCIÓN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL
INTERFAZ PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES MÉDICAS EN EQUIPOS DE RESONANCIA MAGNÉTICA
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA MENCIÓN AUTOMATIZACIÓN Y
CONTROL
PRESENTADO POR: ALVARADO, FÉLIX MALAVER, ÁNGEL SALAS, ALFREDO
ASESORADO POR:
MS.c. OROZCO, JOSÉ Dra. PEREZ, ELIZABETH
MARACAIBO, DICIEMBRE 2012
INTERFAZ PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES MÉDICAS EN EQUIPOS DE RESONANCIA MAGNÉTICA
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DEDICATORIA
A Dios, por ayudarnos a culminar este logro, iluminándonos cuando se nos
presentaba algún obstáculo, permitiéndonos así resolverlo y hacer realidad
nuestra fuerte aspiración.
A nuestros padres, quienes son un fiel ejemplo de perseverancia,
constancia y responsabilidad. A ellos les debemos todos nuestros logros y
alegrías, ya que nos han brindando todo su apoyo incondicional en las
buenas y en las malas, como también siempre nos han ofrecido todo lo que
está en su capacidad, depositándonos toda su confianza para seguir
adelante.
A nuestros hermanos, amigos y parejas, por creer en nosotros y
ayudarnos con lo que estaba en sus manos, por todos los consejos y el
apoyo incondicional que siempre nos brindaron, por tenernos paciencia y
motivarnos ante las dificultades.
Le dedicamos esta investigación a aquellos que estuvieron presentes,
para que les sirva de inspiración a los que anhelan convertirse en grandes
profesionales y alcanzar todos sus sueños y metas.
Alvarado, Malaver y Salas (2012)
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AGRADECIMIENTO
A todos nuestros profesores, en especial a la profesora Elizabeth Pérez y
José Orozco, nuestros tutores quienes son excelentes profesores en su área,
ejemplos a seguir por sus conocimientos y experiencia profesional, por toda
su ayuda, orientación y paciencia durante la elaboración de esta
investigación, muchas gracias a los dos
A todos nuestros amigos y parejas quienes con todo su apoyo
incondicional, paciencia, todos sus consejos, siempre estuvieron presentes
cuando más los necesitamos para alegrarnos el día y seguir adelante.
A la Universidad Rafael Belloso Chacín, por ser una segunda casa para
nosotros, donde aprendimos todos nuestros conocimientos y nos formamos
como profesionales en Ingeniería en Electrónica. Mención Automatización y
Control.
Alvarado, Malaver y Salas (2012)
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Alvarado, F. Malaver, A. Salas, A. “INTERFAZ PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES MÉDICAS EN EQUIPOS DE RESONANCIA MAGNÉTICA”. Universidad Privada Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Mención Automatización y Control. Maracaibo 2012.
RESUMEN
Las imágenes de resonancia magnética constituyen una herramienta muy útil en medicina, facilitando el diagnóstico ó como guía durante el tratamiento de ciertas enfermedades. El objetivo de esta tesis fue realizar un estudio que permitiera el procesamiento o la reconstrucción de imágenes médicas mediante equipos de resonancia magnética con la aplicación de diferentes filtros digitales en un entorno gráfico, el software MATLAB. Se diseñaron tanteos, variando el filtro aplicado a la imagen original con el propósito de introducir lo antes posible las ventajas potenciales del procesamiento digital, pero tratando a la vez de reducir las exigencias sobre los diferentes componentes a utilizar. Como parte del proyecto de investigación, fue necesario desarrollar un conjunto de algoritmos o codificaciones estructuradas para el procesamiento de las imágenes, se describirán aquí el desarrollo y las evaluaciones de estos algoritmos una vez instalados como procesos asociados a la interfaz grafica que permitirá procesar las imágenes a una mejor calidad. El proyecto de investigación se consideró del tipo descriptivo y proyectivo donde se recurrió a un diseño documental con modalidad de campo, siendo un proyecto factible no experimental. La metodología utilizada para el desarrollo del proyecto investigativo se divides en 6 (seis) fases las cuales están sustentadas por los autores Savant (2000) y Angulo (1997). Para finalizar, el objetivo central del proyecto fue ofrecer una herramienta que permita mayor sinergia entre los equipos utilizados en los centros de salud y el personal afectado a tareas eminentemente clínicas. De este modo una interfaz grafica que permita procesar imágenes médicas de manera digital se puede aplicar rápidamente en este sector, permitiendo su validación. Palabras Clave: Interfaz, MATLAB, imágenes, médicas.
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Alvarado, F. Malaver, A. Salas, A. “INTERFACE FOR IMAGE PROCESSING IN MEDICAL MRI EQUIPMENT”. FACULTY OF ENGINEERING. SCHOOL OF ELECTRONICS. MENTION AUTOMATIZATION AND CONTROL. MARACAIBO 2012.
ABSTRACT
The magnetic resonance images are a useful tool in medicine, facilitating the diagnosis or a guide for the treatment of certain diseases. The objective of this thesis was to make a study to processing or reconstruction of medical images using MRI equipment by applying different digital filters in a graphical environment, MATLAB software 7.6.0. Scores were designed by varying the filter applied to the original image in order to introduce as soon as possible the potential advantages of digital processing, trying to reduce the demands on the different components used. As part of the research project, it was necessary to develop a set of algorithms or structured encodings for processing images, describing here the development and evaluation of these algorithms when they are installed as processes associated with the graphical interface that allows processing images to a better quality. The research project was considered as descriptive and projective which used a design documentary mode field, being a pilot project not feasible. The methodology used to develop the research project is divide in 6 (six) phases which are supported by the authors Savant (2000) and Angulo (1997). Finally, the main objective of the project was to provide a tool to greater synergy between the equipment used in health centers and staff affected mainly clinical tasks. In this way a graphic interface to process digitally medical images so you can quickly apply in this sector allowing its validation. Keywords: Interface, MATLAB, images, medical.
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ÍNDICE GENERAL CONTENIDO Pág.
VEREDICTO…………….……………………………………………….............II
DEDICATORIA……………………………………………………………..……...V AGRADECIMIENTO…………………..……………………………...…………..VI RESUMEN………………………………………………………………...............VII ASTRACT………………………………………………………………...............VIII
ÍNDICE GENERAL………………………………………………………..……….IX ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………....XIII ÍNDICE DE CUADROS……………………………………………………..…...XV ÍNDICE DE GRÁFICOS…………………………………………………...…….XVI
ÍNDICE DE ECUACIONES…………………………………..………………..XVII INTRODUCCIÓN……………………………………………………………….......1 CAPÍTULO I: EL PROBLEMA 1. DESCRIPCION DE LA SITUACION ACTUAL DEL OBJETO DE
ESTUDIO………………………………………………………………….. 1.1 FORMULACIÒN DEL PROBLEMA……………………………………….
2. OBJETIVOS…………………………………………………………………..
2.1 OBJETIVO GENERAL……………………………………………………..
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………..
3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN……………………………..….
4. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………..
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
1. ANTECEDENTES.................................................................................
2. BASES TEÓRICAS………………………………………………………….
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2.1 INTERFAZ………………………………………………………………..
2.1.1 INTERFACES DE E/S EN UN PC……………………………
2.1.2 TIPOS DE INTERFAZ………………………………………..
2.1.3 COMUNICACIÓN……………………………………………….
2.1.4 INTERACCIÓN………………………………………………….
2.2 PROCESAMIENTO DE IMÁGENES………………………………………
2.2.1 FILTROS DIGITALES………………………………………….
2.2.2 FILTROS DIGITALES IIR POR EL MÉTODO DE
INVARIANCIA AL IMPULSO………………………………………
2.2.3 FILTRADO DE SEÑALES………………………………………
2.2.4 SERIES DE FOURIER…………………………………….......
2.2.5 TRANSFORMADA DE FOURIER…………………………….
2.2.6 DOMINIO DE LA FRECUENCIA……………………………..
2.2.7 TRANSFORMADA DE FOURIER EN UNA
DIMENSIÓN Y SU INVERSA……………………………………….
2.2.8 TONO, BRILLO Y SATURACIÓN………………………………..
2.2.9 MATLAB………………………………………………………………
2.2.9.1 PRESENTACIONES BÁSICAS…………………………..
2.2.9.2 SPM…………………………………………………………..
2.2.10 FILTRADO DE RUIDO………………………………………
2.2.11 CORRECCIÓN DE INHOMOGENEIDAD…………………
2.3 RESONANCIA MAGNÉTICA………………………………………………
2.3.1 PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA RESONANCIA
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MAGNÉTICA (RM)………………………………………….
2.3.2 IMÁGENES MÉDICAS POR RESONANCIA
MAGNÉTICA (RM)……………………………………………
2.3.3 VENTAJAS DE LAS IMÁGENES MÉDICAS POR
RESONANCIA MAGNÉTICA (RM)…………………………….
2.3.4 PASOS PARA OBTENER LA IMAGEN DE
RESONANCIA MAGNÉTICA (IRM)………………………………
2.3.5 CONTRASTE DE LAS IRM ………………………………………
2.3.6 IMÁGENES POTENCIADAS EN T1………………………………
2.3.7 IMÁGENES POTENCIADAS EN DENSIDAD PATRÓNICA…….
2.3.8 IMÁGENES POTENCIADAS EN T2 Y T2*………………………..
2.3.9 RELACIÓN SEÑAL/RUIDO………………………………………..
2.3.10 ANTENAS RECEPTORAS…………………………………
2.3.11 RESOLUCIÓN ESPACIAL…………………………………
2.3.12 TIPOS DE RESONADORES MAGNÉTICOS……………
3. SISTEMAS DE VARIABLES………………………………………………….
3.1 DEFINICIÓN NOMINAL………………………………………………
3.2 DEFINICIÓN CONCEPTUAL………………………………………..
3.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL………………………………………
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO
1. TIPO DE INVESTIGACIÓN...................................................................
2. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE
DATOS.........................................................................................
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3. METODOLOGÍA SELECCIONADA..........................................................
4. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y RECURSOS.........
CAPÍTULO IV. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
1. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS........................................................
1.1 DESARROLLO DE LA METODOLOGÍA...............................................
2. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS…………………………………….
CONCLUSIONES………………………………………………….……….……….
RECOMENDACIONES………………………………………..……….………..
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………..…………….…
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ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA Pág. 1. DESCOMPOSICIÓN DE UNA ONDA EN UNA SUMA DE
FUNCIONES SENOIDALES Y COSENOIDALES…………………………….
2. PANTALLA PRINCIPAL MATLAB.……………………………………….……
3. PANTALLA DE AYUDA…………………………………………………………4.
4. INTERFAZ GRÁFICA DE SPM8…………………………………………...
5. IMAGEN SIN RUIDO(A), IMAGEN CON UN RUIDO ESTIMADO DEL
9%(B) Y LOS RESIDUOS CORRESPONDIENTES (C)……………………37
6. RESULTADOS TRAS APLICAR LA CORRECCIÓN DE
INHOMOGENEIDAD A UN VOLUMEN………………………………………..
7. ESPÍN DE UNA PARTÍCULA Y MOMENTO MAGNÉTICO
ASOCIADO 휇⃑…………………………………………………………………….
8. MOMENTOS MAGNÉTICOS DE LOS NÚCLEOS DE H+
ORIENTADOS AL AZAR EN AUSENCIA DE CAMPO MAGNÉTICO…...…
9. ORIENTACIONES: PARALELA (IZQUIERDA) O ANTI
PARALELA (DERECHA)……………………………………………………..
10. CAMPO MAGNÉTICO CREADO POR UN PROTÓN…………………
11. INTERFAZ PARA EL PROCESAMIENTO DE
IMÁGENES REPRESENTADA EN UN DIAGRAMA DE BLOQUES……..
12. ORDINOGRAMA GENERAL DEL PROCESO ……………………….
13. CÓDIGO MATLAB. ZEROS……………………………………………
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14. CÓDIGOMATLAB. RELLENO DE ZEROS……………………..……..
15. CÓDIGOMATLAB. TRANSFORMANDO DATA A K-SPACE……………..
16. CÓDIGO MATLAB .EFECTO ALIASING………………………..……..
17. INTERFAZ PARA EL PROCESAMIENTO DE IMÁGENES
MÉDICAS EN EQUIPOS DE RESONANCIA MAGNÉTICA………..
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ÍNDICE DE CUADROS
CUADRO Pág. 1. CUADRO DE ACTIVIDADES..................................................................
2. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES…………………………………..
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ÍNDICE DE GRÀFICOS
GRÁFICO Pág.
1. DOMINIO DE FRECUENCIA………………………………………………
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ÍNDICE DE ECUACIONES
ECUACIÓN Pág.
1. ECUACIÓN DE EULER………………………………………………….
2. SUSTITUCIÓN EN LA ECUACIÓN DE EULER…………………………
3. TRANSFORMADA DE FOURIER…………………………………….
4. SUSTITUCION EN LA TRANSFORMADA DE FOURIER…………….
5. ESPECTRO DE LA TRANSFORMADA DE FOURIER…………….
6. DENSIDAD ESPECTRAL
7. TRANSFORMADA DE FOURIER DE UNA FUNCIÓN CONTINUA
8. TRANSFORMADA INVERSA DE FOURIER…………………………..
9. TRANSFORMADA DE FOURIER A 2 VARIABLES…………………..
10. TRANSFORMADA INVERSA DE FOURIER A 2 VARIABLES……
11. TRANSFORMADA DISCRETA DE FOURIER……………………….
12. INVERSA DE LA TRANSFORMADA DISCRETA DE FOURIER
13. ECUACIÓN DEL MOMENTO MAGNÉTICO ASOCIADO…………
14. ECUACIÓN DE LARMOR……………………………………………….
15. VALOR DE MAGNETIZACION………………………………………..
16. RELAJACION TRANSVERSAL DE MAGNETIZACION……………
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INTRODUCCIÓN Los avances tecnológicos ocurren todos los días, en todos los ámbitos de
la sociedad: en la industria, en las telecomunicaciones, en la banca, y de la
misma manera, en la medicina, en donde recientes avances permiten incluso
a cirujanos, entre otras cosas, la asistencia de equipos o robots para facilitar
su labor, igualmente, estos avances influyen también en el diagnóstico de
enfermedades, donde cada vez hay métodos no invasivos más efectivos
para el análisis de la patología del paciente.
Para fines de este trabajo de investigación, se centrará la atención en el
procesamiento de las imágenes médicas, y más específicamente en aquellas
provenientes de equipos de resonancia magnética, estas imágenes son
tomadas por una equipo especializado, sin necesidad de exponer al cuerpo a
radiación, a diferencia de otros métodos disponibles en el mercado, el
resultado permite obtener información sobre la estructura y composición del
cuerpo, es utilizada mayormente para observar alteraciones en los tejidos y
detectar agentes cancerígenos entre otras patologías.
Por este motivo, se propone analizar los métodos actuales de
procesamiento de estas imágenes para de esta manera, diseñar una
alternativa de análisis que prometa realizar estos procedimientos de una
manera más eficaz, beneficiando así a todo el sector de la salud, así como a
pacientes de toda clase de patologías que necesiten someterse a este tipo
de diagnósticos. La alternativa de análisis promete aumentar la calidad de los
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pixeles de la imagen tomada, haciendo del procedimiento más confiable y
preciso.
Para dar respuesta a lo anteriormente expuesto, el trabajo de
investigación está constituido de la siguiente manera: Capítulo I: El
Problema, capítulo II: Marco Teórico, capítulo III: Marco Metodológico y por
último, capítulo IV: Resultados de la investigación
En el primer capítulo se describirá con detalle la situación actual que
motivó la realización de esta investigación y el ámbito en el cual se
desarrollará, así como también, los objetivos que se esperan lograr al final
del proceso.
Seguidamente, el segundo capítulo presenta toda la documentación que
avala y sustenta esta propuesta, extraída de libros y enlaces dirigidos al
tema.
El tercer capítulo comprende todo lo relacionado a la metodología
utilizada para la investigación, de la misma manera, se describen las fases a
desarrollar y la manera como serán desarrolladas, utilizando para esto el
cuadro y cronograma de actividades.
Por último, se encuentra el capítulo cuatro, en donde se desarrolla y se
narra con detalles cómo fue el proceso de análisis y diseño de cada parte
que constituye la interfaz creada, así como también se presentan
conclusiones y recomendaciones para futuras investigaciones orientadas en
este tópico.
