Integración de imágenes biomédicas : técnicas basadas en teoría de la información

Resumen

Resumen Esta Tesis Doctoral profundiza en los métodos de registro de estudios multimodales (anatómicos y funcionales) de animales de laboratorio mediante técnicas basadas en teoría de la información. Se realiza un análisis de la influencia de los parámetros del algoritmo de registro, así como una validación sistemática de los resultados. Para poder evaluar el funcionamiento de los métodos de registro basados en teoría de la información, se presentan una serie de estudios patrón que se registran gracias a un conjunto de marcadores externos. En estos estudios se calcula la precisión del registro que se consigue por medio de los marcadores, validando el diseño y configuración de éstos. Se evalúa la convergencia y precisión de los algoritmos de registro, y su dependencia de diversos factores (desalineamiento inicial y parámetros del algoritmo), por medio de un diseño experimental que permite una validación sistemática. Los resultados permiten cuantificar la influencia de los factores en el resultado. Dado que los métodos descritos en esta Tesis Doctoral tienen como principal limitación el desalineamiento inicial máximo que son capaces de resolver, se propone un método basado en los ejes principales y los centros de masas de las imágenes, para prealinear los estudios. Utilizando este método se consigue mejorar el comportamiento de los algoritmos automáticos, consiguiendo un porcentaje de éxitos para las transformaciones evaluadas cercano al 100%. Finalmente, todos los algoritmos desarrollados y utilizados en esta Tesis Doctoral se encuentran integrados dentro de una interfaz de adquisición, reconstrucción, visualización y análisis denominada MMWKS, específicamente diseñada para estudios de animales de laboratorio. De esta forma los usuarios de este tipo de dispositivos pueden integrar la información proveniente de distintas modalidades con facilidad.

Abstract

The main topic of this PhD Thesis is multimodality (anatomical and functional) image registration of small animal studies, using information theory based techniques. The influence of algorithm parameters in the result and a systematic validation of these methods are also addressed. A set of reference studies are presented in order to evaluate the behavior of information theory based registration algorithms. These studies are registered using external references. The accuracy of the registration calculated from these markers is obtained, and allows validating their design and configuration. Since the methods described in this PhD Thesis have the initial misalignment they are able to solve as principal limitation, a method to pre-align the studies is proposed. This method is based in the principal axes transformation. By using this previous step, the results form automatic algorithms are improved, reaching a percentage of successful registrations near to 100%. Finally, algorithms developed and used in this PhD Thesis are part of a specific user interface named MMWKS. This software is designed to acquire, reconstruct, visualize and analyze small animal studies. By using the software developed, the users of small animal imaging devices can integrate information from different modalities easily.