Science Spain Salamanca, Friday, June 10 of 2011, 13:09

Crean visores anatómicos en 3D para formación médica e intervenciones quirúrgicas

La Universidad de Salamanca colabora con expertos en diversas patologías de toda España para desarrollar herramientas específicas

José Pichel Andrés/DICYT Profesionales y estudiantes relacionados con el mundo de la Medicina ya tienen a su disposición herramientas para conocer mejor el cuerpo humano: visores anatómicos en tres dimensiones (3D) e interactivos creados por el equipo de la Universidad de Salamanca dirigido por Juan Antonio Juanes Méndez, científico del Departamento de Anatomía e Histología Humanas, en colaboración con diversos especialistas de toda España que trabajan en cada uno de los campos para los que ya se han desarrollado estas herramientas: anatomía maxilofacial, estudio del párkinson, la piel, la columna y otros muchos.

 

Se trata de software informático que permite ver partes del organismo al antojo del usuario: en diferentes planos de corte milimétricos (axial, coronal y sagital), con información de cada elemento y sus relaciones, aislándolo o girando la imagen hasta obtener el ángulo de visión que desee. Sin embargo, es mucho más que una aplicación docente, puesto que la posibilidad de analizar todo el conjunto revela nueva información valiosa para los especialistas a la hora de efectuar diagnósticos y tratamientos, así como para llevar a cabo intervenciones quirúrgicas. Además, el equipo trabaja ya el uso de estas herramientas en cirugía en tiempo real mediante realidad aumentada.

 

Toda esta línea de trabajo surgió en colaboración con el equipo de Alberto Prats, profesor de la Universidad de Barcelona, para un primer proyecto de un cerebro virtual en 3D, llamado UB-Brain. Este trabajo se desarrolló a partir de la información que ofrece el proyecto Visible Human, de la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos, que seccionó un cuerpo humano por completo en cortes de un milímetro gracias a que un condenado a muerte donó su cuerpo a la investigación.

 

Técnicas

 

Con este material, "reconstruimos cada una de las estructuras cerebrales dándole textura hasta componer una imagen tridimensional que no es posible observar en la actualidad mediante técnicas de imagen diagnósticas", señala Juanes. Es decir, a día de hoy técnicas como la resonancia magnética no pueden mostrar componentes de forma aislada y en 3D y menos en una estructura tan compleja como es el cerebro humano.

 

Este primer visor anatómico, desarrollado ya hace ocho años, tuvo tanto éxito que se han distribuido miles de copias en España y en Latinoamérica y en la actualidad se prepara una nueva versión mejorada y en inglés.

 

Aunque era el primer atlas anatómico en 3D e interactivo, los autores comprendieron que la utilidad de una herramienta formativa de este tipo podría ir mucho más allá, por ejemplo, al estudio de patologías. Por eso, sobre la base de ese trabajo, crearon un nuevo visor sobre párkinson, que permite comprender los mecanismos de acción de la enfermedad mediante gráficas que explican la fisiopatología o los circuitos afectados. Se trataba de darle "un salto del aspecto anatómico a una orientación clínica".

 

"En una nueva versión quisimos emplear técnicas de imagen funcional", señala el experto de la Universidad de Salamanca, la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y la tomografía por emisión de positrones (PET). “Estas técnicas diagnósticas ofrecen secciones en colores, pero no permiten ver imágenes directamente en tres dimensiones, así que nosotros unimos estas imágenes con las estructuras cerebrales en 3D", indica Juanes, que asegura que este nuevo material para los neurólogos resultó impresionante , ya que suponía "un aporte muy importante para conocer qué estructuras anatómicas estaban afectadas".

 

La materia prima es la imagen radiológica y, a partir de ahí, “reconstruimos lo que no puede hacer el aparato”, ya que “la segmentación automática no existe, es el gran reto que nos planteamos, llegar a conseguir que un equipo de resonancia magnética o de tomografía computarizada reconozca una estructura de forma automática e individualizada, por ejemplo, que un hueso aparezca solo si es la parte que nos interesa”. Esto es especialmente importante en el caso del cerebro, debido a que “por su densidad no permiten discriminar distintas estructuras”.

 

Los investigadores trabajan con imágenes DICOM, un formato especial de los equipos de diagnóstico por imagen que posteriormente se procesa con un software llamado Amira, la herramienta que usan para su reconstrucción. Así, “lo podemos leer, hacemos una estructura en malla, le damos textura y esto se puede embeber dentro del corte morfológico de resonancia magnética, de tomografía computarizada o en las secciones del proyecto Visible Human”, explica.

 

A esta información se le puede añadir el mecanismo de acción de un fármaco, es decir, cómo actuaría para tratar determinadas patologías, lo cual se analiza con animaciones gráficas basadas en imágenes reales.

 

Desde el punto de vista formativo son unas herramientas muy didácticas, pero algunas tienen aplicaciones más relevantes que ya se emplean. Por ejemplo, un visor anatómico destinado a la anestesia, desarrollado recientemente, "nos sirve en el quirófano para localizar un nervio y poder anestesiar una zona", indica. En definitiva, son proyectos “abiertos” que se pueden aplicar al estudio de la patología y del tratamiento, que puede ser farmacológico y quirúrgico.

 

Los visores: trabajo similar para múltiples aplicaciones 
 

Aunque los proyectos de visores anatómicos son diversos y abarcan áreas médicas muy diversas, comparten la misma filosofía de facilitar el aprendizaje por medio de la interactividad. "Todas las imágenes rotan en cualquier posición espacial, las ves como quieres, el usuario decide qué quiere ver y cómo lo quiere ver, porque cada estructura se puede quitar y poner", afirma Juan Antonio Juanes.

 

El trabajo de desarrollar cada uno de estos visores lleva al menos un año, pero no pasa desapercibido para la comunidad científica. El último reconocimiento en forma de premio llegó en el Certamen Internacional de Cine Médico, Salud y Telemedicina, celebrado en noviembre de 2010, cuando Juanes y su equipo obtuvieron un galardón por su visor para la depresión mayor, aunque otros trabajos, como el visor anatómico de la piel o la reconstrucción en 3D de la pelvis femenina también han sido premiados con anterioridad.

 

Siempre con el apoyo de la empresa madrileña Desarrollos Informáticos Abadía, los proyectos que han salido adelante hasta ahora son los siguientes:

 

-Visor Anatómico del Cerebro o UB-Brain. Basado en el proyecto Visible Human.

 

-Enfermedad de párkinson. Sobre la base del anterior y con la participación del prestigioso neurólogo Eduardo Tolosa, del Hospital Clínic de Barcelona.

 

-Vía Óptica. Elementos anatómicos que integran la vía óptica y el sistema oculomotor a partir de secciones seriadas de resonancia magnética.

 

-Pelvis femenina. Destinado a la comprensión morfológica de los elementos anatómicos del aparato genital femenino. Basado en planos ortogonales de resonancia magnética de la pelvis femenina.

 

-Depresión mayor. Para visualizar la actividad cerebral de un paciente con depresión mayor, considerada un trastorno del estado de ánimo severo.

 

-Mano. Reconstrucción tridimensional de los huesos de la mano tras adquirir imágenes radiológicas de una mano. Permite el análisis de las estructuras anatómicas.

 

-Maxilofacial. Muestra la anatomía de diferentes piezas dentales. Las imágenes se reconstruyeron a partir de secciones seriadas del cráneo obtenidas mediante tomografía computarizada helicoidal.

 

-Columna vertebral. Reconstrucción tridimensional de las vértebras y visualización de diferentes regiones de la columna. Su conocimiento morfológico es importante para la estabilidad corporal.

 

-La piel. Este visor ha permitido recrear por primera vez en tres dimensiones e interacturar con imágenes seccionales obtenidas por técnicas histológicas.

 

-Anestesia. La última de las herramientas desarrollada hasta la actualidad es un atlas dinámico e interactivo para el estudio de los diferentes sistemas neuromusculares de las extremidades corporales, un desarrollo informático de simulación clínica que permite llevar a cabo una emulación de la exploración ultrasonográfica para bloqueos anestésicos regionales de las extremidades superiores e inferiores. En este caso, los colaboradores han sido de Salamanca: Clemente Muriel Villoria, catedrático de Anestesiología; y Pablo Alonso Hernández y Felipe Hernández Zaballos, del Servicio de Anestesiología y Reanimación y Terapia del Dolor del Hospital Universitario de Salamanca.

 

Cada uno de estos proyectos ha sido financiado por diferentes laboratorios farmacéuticos en función del área de interés del visor anatómico que se desarrolló.
 

 

 

Pruebas con realidad aumentada 
 

Aunque por el momento sólo se hace de forma experimental, los conocimientos anatómicos y tecnológicos del grupo que desarrolla los visores en la Universidad de Salamanca les permite pensar en utilizar sofisticadas técnicas para intervenciones en tiempo real, en concreto, a través de la realidad aumentada, que permite proyectar información superpuesta en imágenes reales.

 

La idea es proyectar imágenes aisladas como las que han conseguido en los visores sobre imágenes reales y en tiempo real en determinadas intervenciones. Por ejemplo, se puede obtener la imagen de un órgano o de un hueso de un paciente mediante técnicas de imagen para después utilizarlas superpuestas en una intervención quirúrgica gracias a un sistema de coordenadas. Una de las pruebas ya realizadas muestra una intervención odontológica con la mandíbula de un paciente captada con anterioridad y proyectada después sobre la imagen real, lo cual le da mucha más seguridad al profesional que acomete la operación y ve en pantalla y en tres dimensiones exactamente lo que está haciendo. Las aplicaciones sólo tienen límite en la imaginación.