Obtención automática de la función de entrada arterial en imágenes de resonancia magnética de perfusión de ovarios mediante análisis de componentes independientes

Resumen

El modelado farmacocinético de los tejidos permite estudiar sus características microvasculares de cara a determinar posibles patologías, y la evolución de las mismas, relacionadas con la proliferación de vasos sanguíneos. Para realizar un análisis farmacocinético de un estudio de perfusión de ovarios, obtenido mediante la adquisición dinámica de imágenes de resonancia magnética utilizando un agente de contraste extracelular, es necesario conocer la concentración del contraste en función del tiempo en la arteria que nutre el tejido de interés, lo que se conoce como función de entrada arterial. Actualmente, esta función se suele seleccionar de manera manual sobre alguna arteria visible cercana a dicho tejido, lo cual introduce una importante fuente de variabilidad en los parámetros calculados. Esta tesis doctoral está orientada a la estimación del comportamiento hemodinámico arterial en cada uno de los cortes de un volumen de imágenes de resonancia magnética de perfusión de ovarios, con el objetivo de obtener una reconstrucción volumétrica del sistema vascular arterial de la zona estudiada, y a partir de la misma poder determinar, de forma automática, la función de entrada arterial en la arteria más cercana a la región de interés analizada, en este caso en las arterias ováricas. El problema se plantea desde una nueva perspectiva basada en las técnicas de separación ciega de fuentes (BSS) y se resuelve mediante el análisis de componentes independientes (ICA), que es una herramienta basada en el análisis estadístico capaz de realizar la reconstrucción de un conjunto de fuentes latentes o inobservables a partir del único conocimiento de un conjunto de observaciones, generadas mediante un proceso de mezcla lineal e instantánea, de las fuentes; la única hipótesis dada es la independencia entre las fuentes. En este caso, las observaciones son el conjunto de imágenes de resonancia magnética, y la fuente que se desea estimar es la actividad vascular arterial. A partir de dicha estimación se pretende determinar qué píxeles de las imágenes se corresponden con tejido arterial. La hipótesis de partida que permite aplicar ICA al problema de la estimación del comportamiento arterial, es que los tejidos con diferente comportamiento hemodinámico están distribuidos de forma espacialmente independiente; esto va a permitir realizar una clasificación de las componentes independientes obtenidas. La demostración empírica de dicha hipótesis, se realiza mediante la aplicación de un algoritmo ICA sobre las imágenes de resonancia magnética de cada uno de los cortes de una serie de estudios dinámicos de perfusión de ovarios, y se demuestra que la fuente de actividad hemodinámica arterial puede estimarse mediante ICA. La validación de los resultados obtenidos se lleva a cabo mediante la reconstrucción de las imágenes de cada corte a partir exclusivamente de la estimación seleccionada en el mismo, la posterior reconstrucción, a partir de dichas imágenes, del árbol arterial de la pelvis, coherente desde un punto de vista anatómico, y por último la selección automática, sobre dicho árbol arterial, de la función de entrada arterial más cercana a la región analizada. La metodología propuesta ha funcionado en todos los casos analizados y, además, puede hacerse extensible a estudios de perfusión de otros órganos, como lo demuestran los resultados positivos obtenidos en la estimación de la actividad arterial en una serie de estudios de perfusión de hígado analizados. Por último, se presenta en esta tesis un estudio preliminar de la aplicabilidad de las técnicas BSS basadas en ICA en la segmentación del hepatocarcinoma y el tejido hepático, para la obtención automática de las curvas de intensidad de señal-tiempo de ambas regiones, necesarias para el modelado farmacocinético del hígado. En contraste con el método de selección manual sobre alguna arteria visible cercana a los ovarios (normalmente alguna de las arterias ilíacas), la nueva metodología presentada en es