Corrección del artefacto de endurecimiento de haz (beam hardening) para imágenes obtenidas con tomógrafo de rayos X de pequeños animales.

El creciente número de modelos animales de enfermedades humanas utilizadas en la investigación traslacional hace de la imagen de pequeños animales una herramienta esencial para evaluar las funciones biológicas, permitiendo nuevos tipos de estudios tales como el estudio de la expresión génica en ratones modificados genéticamente o el control de la respuesta del tumor a la terapia. Los últimos avances en instrumentación para imagen médica han permitido el diseño y desarrollo de sistemas de imagen molecular especialmente dedicados a la obtención de imágenes de alta calidad de pequeños animales de laboratorio, imposibles de conseguir con la instrumentación estándar diseñada para humanos.

El trabajo de este proyecto se encuadra dentro de una línea de investigación que se desarrolla en el Laboratorio de Imagen Médica de la Unidad de Medicina y Cirugía Experimental del Hospital General Gregorio Marañón y el Departamento de Bioingeniería de la Universidad Carlos III de Madrid cuyo objetivo es diseñar, desarrollar y evaluar nuevos sistemas de adquisición de datos, procesamiento y reconstrucción de imágenes multi-modales para aplicaciones en investigación biomédica. Dentro de esta línea de investigación, el grupo ha desarrollado un tomógrafo de rayos X de alta resolución para pequeños animales.

Existen una serie de artefactos de diferente naturaleza que degradan ydificultan el análisis cualitativo y cuantitativo de las imágenes y por consiguiente, los diagnósticos en la investigación pre-clínica, haciendo necesario el desarrollo de algoritmos para compensarlos. Entre los artefactos más comunes en tomografía axial computarizada (TAC) se encuentran los producidos por el fenómeno físico de endurecimiento de haz: cupping, en volúmenes homogéneos y bandas oscuras, en presencia de objetos densos.

El objetivo general del proyecto es el desarrollo de algoritmos de compensación de los artefactos producidos por endurecimiento de haz y su incorporación en el tomógrafo de rayos X para pequeño animal desarrollado en el laboratorio. Para el cumplimiento de este objetivo, en primer lugar, se ha desarrollado una herramienta de simulación para el estudio del fenómeno de endurecimiento de haz y de los artefactos que produce en las imágenes obtenidas con el escáner micro-TAC de pequeño animal. Una vez demostrada la evidencia de estos artefactos en el escáner, se desarrolló un método de linealización para la eliminación del cupping en objetos homogéneos y un método de post-proceso para la eliminación de bandas oscuras en objetos heterogéneos. Ambos métodos han sido validados tanto en estudios simulados como en maniquíes y estudios de pequeño animal (ratas y ratones de laboratorio) adquiridos en el escáner micro-TAC. Los resultados muestran que los métodos propuestos son validos para un micro-TAC de rayos X basado en detectores flat panel y trayectoria circular. Finalmente, para la incorporación de los métodos en el escáner, se ha diseñado y desarrollado un protocolo de calibración junto a una interfaz dedicada para facilitar el manejo de la herramienta al personal técnico del laboratorio. El resultado de este proyecto será incorporado en equipos pre-clínicos de alta resolución fabricados por SEDECAL S.A. y comercializados por todo el mundo.