Publicación: Evaluación de la Calidad Diagnóstica de Imágenes Adquiridas con Resonancia Magnética de Bajo Campo Utilizando Filtros Digitales No Lineales
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Resumen en español
La Resonancia Magnética (RM) es una técnica de diagnóstico por imagen que utiliza un imán de gran potencia y pulsos de radiofrecuencia para obtener imágenes de las estructuras internas del cuerpo humano. Dos de los factores que directamente tienen influencia en la calidad de las imágenes de RM son el campo magnético y el tiempo de adquisición. En este trabajo se propone el uso de filtros digitales de imagen para mejorar la calidad de imágenes de RM adquiridas con equipos de bajo campo sin aumentar los tiempos de adquisición de las imágenes. En primera instancia, a través de revisión de literatura, entrevistas a expertos, y con estadísticas de una IPS de la ciudad de Medellín (IPS Medialfa), se determinó un campo de acción en imágenes de diagnóstico en patologías articulares y del sistema musculo esquelético. Como segundo objetivo, se implementó un filtro bilateral adaptativo de frecuencias espaciales (SAFABI), previamente desarrollado en un trabajo de grado de la Escuela de Ingenieria de Antioquia y la Universidad CES. El filtro fue implementado en el software Matlab®, y sus parámetros ajustados en imágenes de prueba tanto de fantomas de RM como en imágenes provistas por la IPS Medialfa. El desempeño del SAFABI para procesar imágenes de RM fue probado con un estudio prospectivo, aprobado por el comité de ética de la Universidad CES y que incluyó consentimiento informado. El estudio fue realizado con 30 sujetos, pero 5 casos fueron descartados, para un total incluido en el estudio de 25 sujetos: 21 estudios de rodilla y 4 estudios de hombro. Cada estudio fue obtenido con dos protocolos: uno correspondiente al tradicional utilizado en la IPS Medialfa (Protocolo A), y un segundo protocolo (Protocolo B), en el cual los parámetros de adquisición fueron manipulados de modo que se mejorara la resolución espacial de las imágenes sin afectar los tiempos de adquisición, pero sacrificando características como el ruido y el factor de calidad.. El orden de aplicación de los protocolos A o B fue aleatorio. Las imágenes obtenidas a través del protocolo B fueron procesadas mediante la utilización del filtro SAFABI (protocolo C). A continuación se diseñó un experimento en el cual 3 médicos expertos en radiología evaluaron la calidad de las imágenes en tres sesiones distintas, separadas una semana. En cada una de las 3 sesiones, se presentó a los radiólogos un total de 25 imágenes a las cuales aleatoriamente podían corresponder al protocolo A, B o C. Para cada imagen, se solicitó a los radiólogos dar una calificación en aspectos que incluyeron la resolución espacial, ruido, y relación señal a ruido de las imágenes, constituyendo entonces un test de preferencia no sesgado. Adicionalmente, se realizó un análisis cuantitativo, mediante mediciones en regiones de interés en las imágenes de ruido, relación señal ruido, y relación contraste a ruido. Los resultados, con un nivel de confianza del 95%, indican que hubo una percepción de aumento en el ruido en las imágenes en el protocolo B relativo al protocolo A (µ=2,4; µ=2,12; respectivamente, p <0,01). Sin embargo, esto no concluyo en una mejor percepción de la calidad diagnostica. La prueba estadística encontró que no hubo diferencias significativas en la percepción de la resolución espacial (p >0,05). La relación señal a ruido fue percibida con un mejor puntaje en el protocolo A, respecto a los protocolos B y C (µ=1,84; µ=2,05; µ=2,05 respectivamente, p<0,03 para ambos casos). De otro lado, mediciones cuantitativas mostraron que el ruido, SNR y CNR, tuvieron mejores puntajes en el protocolo C (filtrado con SAFABI), respecto a los protocolos A y B (p < 0.01, en ambos casos). Los resultados del estudio prospectivo sugieren que aunque cuantitativamente el ruido, SNR y CNR son mejorados con SAFABI, esta mejoría no necesariamente se refleja en una preferencia cualitativa por las imágenes que fueron procesadas.
Resumen en inglés
Magnetic resonance imaging (MRI) is a diagnostic imaging technique that uses a powerful magnet and radio frequency pulses to produce images of structures inside the human body. Two of the factors which directly influence in the quality of MR images, is the magnetic field and the acquisition time. In this paper the use of digital image filters is proposed for improving the quality of MR images acquired with low-field equipment without increasing the time of acquisition. In the first instance, through literature review, interviews with experts, and consulting statistics of a medical center (IPS Medialfa), a field of action was determined in the diagnostic of joint diseases and musculoskeletal system. As a second objective, bilateral filter adaptive to spatial frequencies (SAFABI), previously developed in a thesis at the Engineering School of Antioquia and CES University, was implemented. The filter was implemented in Matlab software and its parameters set testing images of both, phantoms and MRI images provided by the IPS Medialfa. SAFABI performed to process MR images was tested with a prospective study. The study was made with 30 subjects, but 5 cases were excluded. The total studies included were 25 subjects: 21 knees and 4 shoulders. Each study was obtained with two protocols: corresponding to the traditional form used in the IPS Medialfa (Protocol A), and a second protocol (B), in which the acquisition parameters were manipulated so that, the spatial resolution was improved without affecting image acquisition time, but sacrificing features such as noise and the quality factor . The order of application of the protocols A or B was randomized. The images obtained through the protocol B were processed using the filter SAFABI (protocol C). Then, an experiment in which three radiologists evaluated the quality of the images in three different sessions, separated one week, was designed. In each session, radiologists evaluated 25 images randomly which could correspond to protocol A, B or C. For each image, the radiologists were asked to give a rating on issues involving quality, resolution, noise, and signal to noise ratio of the images. Additionally, a quantitative analysis was performed measured, in regions of interest, issues like noise, signal to noise ratio and contrast to noise ratio. The results showed noise increase in the the images acquired with the protocol B compared with the protocol A (μ = 2.4, μ = 2.12, respectively, p <0.01). However, this does not conclude in a better quality perception. The statistical test found no significant differences in the perception of spatial resolution (p> 0.05). The signal to noise ratio was rating with a better score in protocol A, with respect to protocols B and C (μ = 1.84, μ = 2.05, μ = 2.05 respectively, p <0.03 for both cases). In addition, quantitative measurements show that noise, SNR and CNR, had better scores in the protocol C (filtered with SAFABI) regarding the protocols A and B (p <0.01 in both cases). The results of the prospective study suggest that although quantitatively noise, SNR and CNR are enhanced with SAFABI, this improvement is not necessarily reflected in a qualitative preference for images that were processed.