Desarrollo de nuevos estimadores de perfusión sanguínea basados en imagen ecográfica de Potencia Doppler

Abstract

Català: El projecte que es presenta a continuació s'ha realitzat en col·laboració amb el grup dínvestigació fetal i perinatal IDIBAPS, i està enmarcat dins de m'àmbi de processament dímatge. Es treballarà amb imatges fetals, concretament amb imatges ecogràfiques de Potència Doppler. Lóbjectiu del projeste es analitzar si es possible obtenir nous estimadors de la perfusió sanguínia. Des de láparició de lécografia, el fetus ha passat a ser un pacient, de forma que malalties que en el passat només es podien detectar en el nounat ara es poden diagnosticar, estudiar i inclús tractar al fetus, produït una millora de la qualitat de vida del fetus durant el període postnatal i prenatal. De totes les malalties que pot patir un fetus, existeixen dos tipus concrets en les quals pateix alteracions en la perfusió sanguínia (intercanvi dáliments entre la sang i els teixits), anèmia i creixement intrauterí restringit. Obtenir una mesura directa de la perfusió sanguínia no es un procediment senzill ni viable en humans, ja que es realitza mitjançant una tècnica invasiva. La obtenció de la quantitat de flux sanguini en una regió determinada es va plantejar com alternativa a la mesura directa de la perfusió sanguínia i es va demostrar que ambdues mesures estan relacionades, per tant, la mesura del flux sanguíni resulta de gran interés. Amb l'objectiu de determinar la quantitat de flux en una regió determinada es va dissenyar la tècnica coneguda com Fracció de sang en moviment (FMBV) basada en l'estudi de les imatges ecogràfiques de Potencia Doppler, sent aquesta tècnica la estàndard actual. Amb la intenció de determinar si es possible obtenir nous estimadors de flux sanguini, en el present projecte es realitzarà un anàlisis exhaustiu de les imatges ecogràfiques Doppler i de la tècnica estàndard. S'estudiarà la composició de la sang, el comportament fisiològic i els principis físics del seu moviment, amb l'objectiu de definir un model teòric dúna zona vascularitzada, és a dir, modelar el comportament de la sang en una regió determinada. Una vegada modelat el comportament de la sang es dissenyaran diferents tècniques de processament dímatge, concretament quatre, que tindran com a objectiu adaptar la informació continguda en la imatge al model teòric postulat. Aquestes tècniques s'han desenvolupat tenint en compte tant la informació de potència en la imatge de Potència Doppler, relacionada amb la quantitat de sang en moviment, com en la estructura dels vasos sanguinis. A partir de la informació extreta es definiran els nous estimadors de flux. El comportament dels estimadors de flux proposats ha sigut comparat amb léstimació obtinguda mitjançant la tècnica estàndard (FMBV) i la quantitat de glòbuls vermells en la sang. Degut a que els grups d'anàlisi son reduïts, els resultats obtinguts son orientatius, però assenyalen que és possible obtenir nous estimadors de flux i, per tant, de la perfusió sanguínia.

Castellano: El proyecto que se presenta a continuación se ha realizado en colaboración con el grupo de investigación fetal y perinatal IDIBAPS, y está enmarcado en el ámbito de procesado de imagen. Se va a trabajar con imágenes fetales, concretamente con imágenes ecográficas de Potencia Doppler. Siendo el objetivo del proyecto analizar si es posible obtener nuevos estimadores de la perfusión sanguínea. Desde la aparición de la ecográfia el feto ha pasado a ser un paciente, de forma que enfermedades que en el pasado que solamente se podían detectar en un recien nacido ahora se pueden diagnosticar, estudiar e incluso tratar en el feto, produciendo una mejora de la calidad de vida del feto durante el periodo posnatal y prenatal. De todas las enfermedades que puede sufrir un feto, existen dos tipos concretos de enfermedades en las cuales el feto sufre alteraciones en la perfusión sanguínea (intercambio de alimentos entre la sangre y los tejidos), anemia y crecimiento intrauterino restringuido. Obtener una medida directa de la perfusión sanguínea no es un procedimiento sencillo ni viable en humanos, ya que se realiza mediante una técnica invasiva. La obtención de la cantidad de flujo sanguíneo en una región determinada se planteo como alternativa a la medida directa a la perfusión sanguínea y se demostró que ambas medidas están relacionadas, por lo tanto, medir el flujo sanguíneo resulta de gran interés. Con el objetivo de determinar la cantidad de flujo en una región determinada se diseñó la técnica conocida como Fracción de sangre en moviento (FMBV) basada en el estudio de las imágenes ecográficas de Potencia Doppler, siendo esta técnica el estándar actual. Con la intención de determinar si es posible obtener nuevos estimadores de flujo sanguíneo, en el presente proyecto se va a realizar un análisis exahustivo de las imágenes ecográficas Doppler y de la técnica estándar. Se estudiará la composición de la sangre, su comportamiento fisiológico y los principios físicos de su movimiento, con tal de poder denir un modelo teórico de una zona vascularizada, es decir, modelar el comportamiento de la sangre en una región determinada. Una vez modelado el comportamiento de la sangre se diseñarán diferentes técnicas de procesado de imagen, concretamente cuatro, que tendrán como objetivo adaptar la información contenida en cada imagen al modelo teórico postulado. Estas técnicas se han diseñado teniendo en cuenta tanto la información de potencia en la imagen de Potencia Doppler, relacionada con la cantidad de sangre en movimiento, como la estructura de los vasos sanguíneos. A partir de la información extraida se definirán nuevos estimadores de flujo. El comportamiento de los estimadores de flujo propuestos ha sido comparado con la estimación obtenida mediante la técnica estándard (FMBV) y la cantidad de glóbulos rojos en la sangre. Debido a que los grupos de análisis son reducidos, los resultados obtenidos son orientativos, pero indican que es posible obtener nuevos estimadores de flujo, y por lo tanto de la perfusión sanguínea. Este proyecto ha servido para corroborar que a partir de las imágenes ecográficas de Potencia Doppler se pueden obtener diferentes est

English: The project about to be presented has been carried out in collaboration with the fetal and perinatal research group IDIBAPS, and falls within the image processing area. The work has been undertaken using fetal images, particularly with Power Doppler ultrasound scans, in order to analyze the possibility of obtaining new blood perfusion estimators. Since the apparition of ultrasound scans, fetuses have become patients, so illnesses which in the past were only detectable when infants were already born can now be diagnosed, studied and even treated in fetuses, improving their quality of life in the prenatal and postnatal periods. Of all illnesses fetuses can suffer, there are two types in which their blood perfusion (the exchange of oxygen and nutrients between blood and tissues) is altered: anemia and intrauterine growth restriction. Obtaining a direct measurement of blood perfusion is neither simple nor viable, as it is done through an invasive procedure. Finding the amount of blood flow in a particular region was set out as an alternative to the direct measurement of blood perfusion, and a relationship between them was proven, therefore, to measure blood flow is of great interest. Aiming at the measurement of the amount of flow in a particular region, a technique known as fractional moving blood volume (FMBV) was designed, and has become the standard one. With the intention of determining whether it is possible to obtain new blood flow estimators, an exhaustive analysis of Doppler ultrasound scans and the standard technique will be executed. Blood composition, its physiological behavior and the physical principles of its movement will be studied in order to define a theoretical model of a vascularized area, that is, to model the behavior of blood in a specific region. Once blood behavior is modeled, four different image processing techniques will be analysed, aiming at the adaptation of the information contained in each image to the postulated theoretical model. These techniques will be designed taking into account both the power information within images, related to the amount of moving blood, and the structure of blood vessels. Based on the extracted information new blood flow estimators will be defined. The behaviour of the proposed blood flow estimators will be compared to the estimation obtained through the standard technique (FMBV) and the amount of red corpuscles in blood. Since the analysis groups are limited, the results are preliminary, but indicate that it is possible to obtain new blood flow estimators, and therefore to estimate blood perfusion. This project has corroborated that new blood estimators can be defined based on Power Doppler ultrasound scans, giving way to new lines of research.