ECOCARDIOGRAFIA
Guía de Imágenes e Interpretación
Ecografia 3D y 4D

Sistema de Procesamiento Gráfico, para la evaluación automática del Movimiento Ventricular, en Ecocardiografia Bidimensional

Resumen
Se desarrollo un ambiente de trabajo en un P.C, que permite el estudio del movimiento de las paredes cardiacas, utilizando secuencias de imágenes de ecocardiografía bidimensional. El análisis del movimiento, velocidad y desplazamiento del miocardio, se basa en un método denominado campos de velocidad o flujo óptico. A partir de sus resultados se cuantifica el movimiento miocárdico y es posible analizar el movimiento del músculo en forma local, regional y global en cada instante de tiempo y evaluar su progreso a lo largo del ciclo cardíaco. Son presentados resultados con secuencias reales de ecos 2D.

Introducción
La ecocardiografía bidimensional en tiempo real es una técnica no invasiva, que permite estudiar en vivo las imágenes del corazón en movimiento y analizar la dinámica de su funcionamiento. Las anomalías en la contractilidad del ventrículo izquierdo pueden ser expresión directa de alteraciones en la circulación por las arterias coronarias debido a la obstrucción parcial o total de las mismas, con la consecuente isquemia, lesión e infarto del miocardio. Se han realizado investigaciones donde se reportan, cualitativamente, anormalidades de la contractilidad del ventrículo izquierdo en exámenes ecocardiográficos durante isquemia y el infarto miocárdico. 

Generalmente, el médico especialista evalúa la motilidad cardiaca mediante un enfoque subjetivo y cualitativo, estando esta evaluación sujeta a la experiencia del mismo; sin embargo, un análisis subjetivo y cualitativo esta propenso a tener sustanciales errores de interpretación sobre todo al transmitir los resultados.

Durante los últimos años se han desarrollado trabajos orientados a obtener un análisis cuantitativo de las anormalidades del movimiento de los segmentos miocárdicos. Estos trabajos se han desarrollado casi en su totalidad con Mainframe o con Estaciones de Trabajo muy sofisticadas, estando estos equipos en la actualidad muy alejados del alcance de los médicos especialistas debido a su elevado valor y dificultad de uso, quedando por ende estas investigaciones confinadas a los laboratorios donde se desarrollaron.

Como puede notarse, es necesario un método automático y cuantitativo de análisis de ecos-2D, que tenga como finalidad poder cuantificar la dinámica de las paredes ventriculares, para identificar, localizar y catalogar las zonas sometidas a movimientos anormales y así obtener un diagnóstico funcional del órgano, el cual permitirá al médico juzgar fácilmente, sobre la motilidad de cada zona miocárdica. Es necesario también que este método pueda ser utilizado en un Computador Personal para poderse llevar al consultorio del especialista.

Metodología desarrollada
La metodología utilizada para el desarrollo del presente trabajo pasa por las siguientes etapas: 

Digitalización y captura de secuencias en imágenes ecocardiográficas, mediante una tarjeta DASH!860 perteneciente al GPI. Esta tarjeta basada en el microprocesador Intel i860 RISC permitió la captura en tiempo real, de las imágenes utilizadas para el desarrollo del presente trabajo. 
Desarrollo de un Sistema Gráfico de Procesamiento en un computador personal, para procesar y visualizar secuencias de imágenes. Elaborado dentro del ambiente "Windows". 
Desarrollo de algoritmos, que comprende: a) Preprocesamiento de la secuencia, b) - Cálculo del movimiento en las imágenes, por medio del método del Flujo Optico [1]. Se desarrolló una mejora al método estándar para la obtención del Flujo Optico, mediante la disminución del error cometido al calcular las derivadas espaciales [2]. 

Resultados
El Ambiente Gráfico de Procesamiento desarrollado permite lo siguiente: a.- Realizar procesamiento de secuencias de imágenes cardiacas, permitiendo la implementación del método para el calculo del flujo óptico. b.- La visualización en tiempo real y cuadro a cuadro de la secuencia cardiaca y de los resultados del movimiento. La información de movimiento se puede observar mediante ocho métodos diferentes: Mapas de Grises [3] (Figura 1), Seguimiento con Cuadro Detenido (Figura 2), Seguimiento con Cuadros en Movimiento, Desplazamiento Local (Figura 3), Desplazamiento Regional [4] (Figura 4), Desplazamiento Global (Figura 5), Modo M Múltiple (Figura 6) 

Figura 1. Imágenes de Flujo Optico. (a) y (b) muestran dos cuadros consecutivos de la secuencia cardiaca.. (c) y (d) Proyecciones ortogonales del flujo óptico. La zona del epicárdio marcada con el punto ( imágenes (a) y (b)), se mueve a una velocidad de a 75 mm/s (2.5 mm de desplazamiento hacia la izquierda) en sentido horizontal y 135 mm/s ( 4.5 mm de desplazamiento hacia arriba) en sentido vertical.

Figura 2. Seguimiento con Cuadro Detenido. (1) Imagen del corazón en Telesístole. (2) Imagen del corazón en Telediástole. (3) Imagen mostrando la trayectoria de un punto seleccionado del epicardio, a lo largo del ciclo cardiaco. El desplazamiento máximo representado, corresponde a 15.5 mm.

Figura 3. Desplazamiento Local. La imagen izquierda representa una vista apical de cuatro cámaras. La imagen derecha muestra los vectores de velocidad obtenidos al utilizar el método de visualización de Desplazamiento Local. Fueron seleccionados sobre la pared cardiaca 32 puntos. El mayor desplazamiento detectado es de 3.9 mm (117 mm/s).

Figura 4. Desplazamiento Global. La imagen izquierda representa una vista apical de cuatro cámaras. La imagen derecha muestra los vectores de velocidad obtenidos al utilizar el método de visualización de Desplazamiento Global. El mayor desplazamiento detectado es de 2.1 mm (63 mm/s).

Figura 5. Desplazamiento Regional. (a) Detección del pericardio por medio de algoritmos genéticos. (b) Segmentación de la pared cardiaca en 24 zonas. (c) Promediación de los vectores de velocidad dentro de cada zona segmentada. (d) Son mostrados los 24 vectores promedio asociados a cada zona segmentada. Los vectores calculados permiten obtener una medida del desplazamiento regional de las paredes cardiacas.

Figura 6. Modo M Múltiple. (a) Vista paraesternal eje corto. Se han seleccionado los cuatro puntos de medida sobre la pared cardiaca. (b) Gráficas generada por el método, el eje horizontal corresponde al numero del cuadro de la secuencia. Puede notarse la telesístole ocurre en el cuadro 9 y la telediástole en el cuadro 0.

Conclusiones
El hecho de que el Ambiente Gráfico de Procesamiento, fue elaborado un computador personal, permite al medico especialista poder utilizar en su consultorio, la herramienta desarrollada. Este procedimiento para analizar la velocidad del miocardio aumenta la capacidad de diagnostico de los equipos de ecocardiografía existentes. La mejora del algoritmo para el calculo del flujo óptico, funcionó satisfactoriamente, en la detección y cuantificación del movimiento de las paredes cardiacas, y demostró su robustez en secuencias de imágenes de baja calidad técnica y con mucho ruido.

Referencias
[1] B. K. P Horn and B. G. Shunck "Determining optical flow", Artificial Intelligence, vol 17, pp 185-203, 1981.
[2] Torrealba Víctor. "Detección y Cuantificacion Automática del Movimiento del movimiento Miocardico Ecocardiografia Bidimensional". Tesis de Maestria. Universidad de Carabobo, p 3.20-3.25, Junio, 1994.
[3] Torrealba, V., Montilla, G., Roux, C. "Análisis de la Movilidad del Músculo Cardiaco". XLII Convencion Anual de AsoVAC. Acta Científica Venezolana. Vol 43, Sup 1, pp 59, 1992.
[4] Torrealba, V., Montilla, G., Barrios, V., Subacius, V. Callegari, C."Automatic Wall Motion Detection in Bidimensional Echocardiography". Proceeding of 15th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Byology Society, vol 15, pp 221-222, 1993.

| Regresar a Indice | Siguiente