| Abstract: | La neurociruga es una de las especialidades mas exigentes en cuanto a precision en el
procedimiento quirurgico. Los neurocirujanos para realizar dichos procedimientos quirurgicos
pueden utilizar atlas cerebrales. Un atlas cerebral consta de imagenes del cerebro en las
que expertos han identi cado estructuras anatomicas y/o funcionales. Ya que no existen
dos cerebros de dos sujetos que sean iguales, es necesario adaptar el atlas cerebral a la
anatoma espec ca del paciente. Hecho que es posible mediante el registro. Las aplicaciones
de registro de imagenes en medicina son numerosas. Algunas de estas aplicaciones son:
plani cacion preoperatoria y simulacion, radiologa intervencionista, diagnostico radiologico,
procedimientos quirurgicos de invasividad mnima, radioterapia, navegacion intraoperatoria,
ciruga asistida por ordenador, etc. Mediante el registro con atlas cerebrales los neurocirujanos
y/o neurorradiologos pueden identi car estructuras anatomicas y funcionales que difcilmente
son visibles en la mayora de modalidades de imagen medica.
En esta tesis se presenta un nuevo metodo de registro entre atlas cerebrales e imagenes
de Resonancia Magnetica. Las hipotesis de trabajo son las siguientes:
1. Un atlas cerebral deformable que utilice funciones de base radial con soporte compacto
y Modelos Activos de Apariencia permitira localizar estructuras anatomicas y/o
funcionales cerebrales en imagenes de Resonancia Magnetica con un error de 1 a 2
mm. Error del mismo orden que los actuales procedimientos quirurgicos.
2. Las funciones de base radial con soporte compacto presentan ventajas frente a las
funciones de base radial como la Thin Plate Spline en el problema de registro
de imagenes. Dichas ventajas son: localidad de la transformacion, control sobre la
naturaleza de la transformacion, menor coste computacional, y mayor estabilidad
numerica.
Para comprobar las hipotesis, se han desarrollado:
Un nuevo metodo de registro no rgido de atlas cerebrales en imagenes de Resonancia
Magnetica basado en el uso de diferentes funciones de base radial con soporte compacto,
dentro de las cuales, la funcion de base radial con soporte compacto de Wu se ha
utilizado por primera vez en el campo de registro de imagenes medicas.
Un metodo de segmentacion del cortex y ventrculos en imagenes de Resonancia
Magnetica basado en el atlas de Talairach-Tournoux junto con Modelos Activos de
Apariencia.
Un algoritmo que permite la reconstruccion tridimensional del atlas de Talairach-
Tournoux.
El metodo de registro se valido de forma cuantitativa con dos estructuras fundamentales
en la ciruga conocida como estimulacion cerebral profunda. En particular, se valido con el
nucleo subtalamico y el nucleo rojo. La estimulacion cerebral profunda es un procedimiento
quirurgico usado para tratar una variedad de sntomas neurologicos invalidantes, mas
comunmente los sntomas debilitantes de la enfermedad de Parkinson, tales como el temblor,
la rigidez, el agarrotamiento, el movimiento lento y los problemas para caminar. El exito de la
estimulacion profunda cerebral depende de forma crtica de la exactitud en la que se situe el
electrodo sobre la estructura seleccionada (nucleo subtalamico, nucleo ventral intermedio
o parte interna del globus pallidus). Estas estructuras no son facilmente identi cables
en la mayora de modalidades de imagen medica. Particularmente, se estudio de forma
cuantitativa el error cometido por el sistema desarrollado en esta tesis en pacientes a los
que se haba realizado la estimulacion cerebral profunda (nucleo subtalamico); y en imagenes
de Resonancia Magnetica potenciadas en T2 en las que un experto identi co el contorno del
nucleo rojo.
En dicha validacion, ademas, se buscaba determinar con que funcion de base radial se
obtenan los mejores resultados. Tras analizar dichos resultados la funcion de Wendland:
3;0;(r) = (1 r
)2
+ es la que mejores resultados obtiene, con un error medio de 1:8850:995
mm. en el caso del nucleo subtalamico y de 0:902 0:569 mm. en el nucleo rojo.
Tras comparar los resultados obtenidos con los de otros autores se puede a rmar que
el error cometido al localizar el nucleo subtalamico es del mismo orden que la mayora de trabajos (1.5 a 2 mm.) o incluso menor [Stan 08, Nowi 00, Guo 06a]. Por otra parte, el error
cometido al localizar el nucleo rojo fue menor que el metodo desarrollado por Stancello et
al. [Stan 07] (unica referencia encontrada) cuyo error medio es de 1.39 mm. Todos estos
resultados corroboran la primera de las hipotesis planteada en esta tesis.
Tras analizar con detalle distintas funciones de base radial en el campo de registro de
imagenes se concluye que:
Las funciones de base radial con soporte compacto permiten que la transformacion
determinada en el registro sea afn, elastica y local. Aspectos que presentan ventajas
frente a las tradicionales funciones de base radial como la Thin Plate Spline.
En lo referente al aspecto computacional, usar funciones de base radial con soporte
compacto presenta ventajas a la hora de calcular la transformacion: la matriz es
dispersa, de nida positiva (en el caso de que no se utilice precision polinomica) y bien
condicionada, mientras que si se utilizan funciones de base radial condicionalmente
de nidas positivas, la matriz es densa, no es de nida positiva, y esta muy mal
condicionada.
Estas conclusiones corroboran la segunda de las hipotesis de esta tesis.
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