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En desarrollo, prototipo de mamografía por emisión de positrones

 
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09 de noviembre de 2015

La mamografía por emisión de positrones PEM (Positron Emission Mammography) es una revolución en las herramientas para el diagnóstico y seguimiento del cáncer de mama. Se trata de una nueva tecnología de imágenes de alta resolución, similar al PET (Positron Emission Tomography), que detecta la acumulación de un radiofármaco emisor de positrones y crea una imagen mamográfica tridimensional. Continue reading En desarrollo, prototipo de mamografía por emisión de positrones

Desarrolla el Instituto de Física de la UNAM Técnicas novedosas en mamografía digital.

 
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En la detección temprana de cáncer de mama, los hospitales de México generalmente usan los mastógrafos digitales, de la misma forma como se usaban los equipos analógicos anteriores. Ante ello, en el Instituto de Física (IF) de la UNAM se desarrollan nuevas técnicas que permitan “obtener el máximo provecho” de la inversión en tecnología avanzada.
Durante una década, María Ester Brandan y sus alumnos tesistas de maestría han diseñado y evaluado técnicas novedosas en mamografía digital, que no implican recursos adicionales. Al equipo que se usa para trabajo rutinario de mamografía le “sacan jugo”.
Estas tareas se basan en operaciones matemáticas aplicadas a las mamografías digitales que, dijo Brandan, son también imágenes de rayos X pero, a diferencia de las convencionales obtenidas en película radiográfica, son archivos de números.
El proyecto actual de Brandan es de resta o sustracción de imágenes y se desarrolla en colaboración con Yolanda Villaseñor, del Instituto Nacional de Cancerología (INCan).
En realidad, precisó, el desarrollo ha sido “una cadena de proyectos”. Tres tesistas han participado en la resta de imágenes mamográficas con la utilización de un medio de contraste basado en yodo.
En primer lugar, Verónica Ramírez hizo su tesis de maestría en Física Médica sobre resta de imágenes con energía dual, que busca visualizar microcalcificaciones mamarias. “Ahí empezó nuestra historia”, que Brandan contó al participar en los seminarios de Física Médica 2012, con el tema Técnicas novedosas en mamografía digital.
Ramírez, ingeniera física del Tec de Monterrey, hizo un estudio de factibilidad. Con el Senographe 2000D (mastógrafo digital recientemente donado por el INCan al Instituto de Física) restó pares de imágenes adquiridas con rayos X de energía diferente, para “sólo quedarnos con los calcios”.
Adaptó un formalismo matemático con el que obtuvo predicciones. Construyó un maniquí donde depositó calcificaciones de una mastectomía. Obtuvo dos imágenes (una con voltaje alto y otra con bajo); optimizó sus cálculos e hizo la resta respectiva.
La “cruda realidad” fue que se podía restar, pero el contraste de la calcificación era demasiado bajo con relación al ruido residual en el fondo de la imagen, y sólo se podría reducir si se aumentara la intensidad de los rayos X, pero eso significaría “más dosis para el paciente”.
Entonces, la siguiente pregunta fue ¿cómo aumentar el contraste en zonas de interés y, a la vez, eliminar de la imagen la estructura de la mama? De ahí, la idea de restar imágenes con el uso de un medio de contraste (con yodo).
En la siguiente etapa, participó Bianey Palma, quien con un maniquí específico para observar objetos cilíndricos (en simulación de vasculatura) que contenían una solución yodada, confirmó predicciones sobre contraste y ruido.
Luego, siguió Iván M. Rosado que mejoró la formulación; hizo predicciones más detalladas y diseñó un protocolo clínico que se presentó al Instituto Nacional de Cancerología. Actualmente, Juan Pablo Cruz Bastida se dio a la tarea de resolver algunos problemas del procesamiento que encontró Iván.
Brandan y sus tesistas experimentan con diversas modalidades de resta. Una “se basa sólo en la diferencia temporal entre las dos imágenes” (una adquirida antes de inyectar medio de contraste y la otra, después, al restar, sólo queda el yodo).
En otra, se aplicó “el formalismo de energía dual”: se toman dos imágenes al momento en que el yodo ya circula en mama y cambia la energía de los rayos X entre una y otra. La resta se diseña para enfatizar la visualización de la sustancia, lograda al eliminar el fondo estructurado.
Con Iván Rosado, Brandan mezcló las dos. Técnica temporal y de energía dual, “con resultados excelentes, que se confirmaron en los maniquíes”. Se publicaron dos artículos en Medical Physics.
“Hemos propuesto la técnica dual temporal porque ofrece el mejor contraste comparado con el ruido”, aseguró Brandan en la sala Ángel Dacal, del Instituto de Física. “En el tema de resta de imágenes mamográficas clínicas con la utilización de contraste, no hay más de cinco grupos que lo hacen en el mundo”: en Alemania, Francia, Estados Unidos, Canadá y nosotros.
Ahora, llega el momento de la verdad. Trabajan con la llamada técnica digital enfatizada con medio de contraste. Están en la tercera etapa. Las imágenes se toman en equipos digitales del INCan. En el protocolo, hay 20 pacientes con lesiones sospechosas. Aplican tres maneras de restar: la temporal, con cambio de energía, y “nuestra propuesta, la combinación”.
La hipótesis en que se basan estas técnicas es que al administrar un medio de contraste la sustancia circula en la sangre. Si hay una lesión maligna, la sustancia también va a ir por la nueva red sanguínea que propicia el proceso tumoral (angiogénesis), va a desbordar los nuevos vasos (aún inmaduros) e inundar la zona, de modo que al tomar la imagen con rayos X, se visualizará una región blanca.
Para Brandan, “el análisis matemático nos hizo ver desde el principio que no se obtenía el mismo contraste con la resta temporal y la combinada, aunque las predicciones eran iguales”. El estudiante Rosado postuló que el problema estaba asociado con el fondo estructurado, que influía en el resultado.
El siguiente paso lo dio Juan Pablo Cruz Bastida con una resta matricial, que permitió resolver el conflicto interno. Llegamos a un proceso “cuantitativamente sólido”.
Al aplicar la resta matricial a imágenes tomadas en un maniquí que simula la estructura de la mama, se observa que los resultados con la técnica combinada son iguales a los de la temporal.
¿Cuál es mejor? ¿Una o doble energía? Ésa es la pregunta que motivó la tesis de Cruz Bastida. Sin embargo, Brandan piensa que, una vez lograda la coincidencia numérica, ambas “son opciones favorables, y la elección de una u otra dependerá de las circunstancias. Y esa es una decisión médica”.
El formalismo actual promete; resuelve las inconsistencias. Permite, afirmó Brandan, “asociar curvas de captación de yodo con malignidad y benignidad”. Sin embargo, “nuestra experta (Yolanda Villaseñor) quisiera que el método le ofreciera un valor numérico como resultado, y aún no hemos resuelto el asunto de cómo cuantificar la captación” de yodo.
“Somos –dijo finalmente– el único grupo que trabaja en la parte cuantitativa. Los demás están más interesados en mejorar la percepción visual del radiólogo. Después de todo el esfuerzo que conlleva esta técnica, quedarse con una impresión subjetiva, sería no apreciar el valor de la información que está en los núme

El objetivo es explotar al máximo las características propias de los equipos digitales en este terreno. Son resultado de una década de investigación de María Ester Brandan y tesistas de maestría, en colaboración con el INCan.

El objetivo es explotar al máximo las características propias de los equipos digitales en este terreno. Son resultado de una década de investigación de María Ester Brandan y tesistas de maestría, en colaboración con el INCan.

31 de Agosto del 2012

En la detección temprana de cáncer de mama, los hospitales de México generalmente usan los mastógrafos digitales, de la misma forma como se usaban los equipos analógicos anteriores. Ante ello, en el Instituto de Física (IF) de la UNAM se desarrollan nuevas técnicas que permitan “obtener el máximo provecho” de la inversión en tecnología avanzada.

Durante una década, María Ester Brandan y sus alumnos tesistas de maestría han diseñado y evaluado técnicas novedosas en mamografía digital, que no implican recursos adicionales. Al equipo que se usa para trabajo rutinario de mamografía le “sacan jugo”.

Estas tareas se basan en operaciones matemáticas aplicadas a las mamografías digitales que, dijo Brandan, son también imágenes de rayos X pero, a diferencia de las convencionales obtenidas en película radiográfica, son archivos de números.

El proyecto actual de Brandan es de resta o sustracción de imágenes y se desarrolla en colaboración con Yolanda Villaseñor, del Instituto Nacional de Cancerología (INCan).

En realidad, precisó, el desarrollo ha sido “una cadena de proyectos”. Tres tesistas han participado en la resta de imágenes mamográficas con la utilización de un medio de contraste basado en yodo.

En primer lugar, Verónica Ramírez hizo su tesis de maestría en Física Médica sobre resta de imágenes con energía dual, que busca visualizar microcalcificaciones mamarias. “Ahí empezó nuestra historia”, que Brandan contó al participar en los seminarios de Física Médica 2012, con el tema Técnicas novedosas en mamografía digital.

Ramírez, ingeniera física del Tec de Monterrey, hizo un estudio de factibilidad. Con el Senographe 2000D (mastógrafo digital recientemente donado por el INCan al Instituto de Física) restó pares de imágenes adquiridas con rayos X de energía diferente, para “sólo quedarnos con los calcios”.

Adaptó un formalismo matemático con el que obtuvo predicciones. Construyó un maniquí donde depositó calcificaciones de una mastectomía. Obtuvo dos imágenes (una con voltaje alto y otra con bajo); optimizó sus cálculos e hizo la resta respectiva.

La “cruda realidad” fue que se podía restar, pero el contraste de la calcificación era demasiado bajo con relación al ruido residual en el fondo de la imagen, y sólo se podría reducir si se aumentara la intensidad de los rayos X, pero eso significaría “más dosis para el paciente”.

Entonces, la siguiente pregunta fue ¿cómo aumentar el contraste en zonas de interés y, a la vez, eliminar de la imagen la estructura de la mama? De ahí, la idea de restar imágenes con el uso de un medio de contraste (con yodo).

En la siguiente etapa, participó Bianey Palma, quien con un maniquí específico para observar objetos cilíndricos (en simulación de vasculatura) que contenían una solución yodada, confirmó predicciones sobre contraste y ruido.

Luego, siguió Iván M. Rosado que mejoró la formulación; hizo predicciones más detalladas y diseñó un protocolo clínico que se presentó al Instituto Nacional de Cancerología. Actualmente, Juan Pablo Cruz Bastida se dio a la tarea de resolver algunos problemas del procesamiento que encontró Iván.

Brandan y sus tesistas experimentan con diversas modalidades de resta. Una “se basa sólo en la diferencia temporal entre las dos imágenes” (una adquirida antes de inyectar medio de contraste y la otra, después, al restar, sólo queda el yodo).

En otra, se aplicó “el formalismo de energía dual”: se toman dos imágenes al momento en que el yodo ya circula en mama y cambia la energía de los rayos X entre una y otra. La resta se diseña para enfatizar la visualización de la sustancia, lograda al eliminar el fondo estructurado.

Con Iván Rosado, Brandan mezcló las dos. Técnica temporal y de energía dual, “con resultados excelentes, que se confirmaron en los maniquíes”. Se publicaron dos artículos en Medical Physics.

“Hemos propuesto la técnica dual temporal porque ofrece el mejor contraste comparado con el ruido”, aseguró Brandan en la sala Ángel Dacal, del Instituto de Física. “En el tema de resta de imágenes mamográficas clínicas con la utilización de contraste, no hay más de cinco grupos que lo hacen en el mundo”: en Alemania, Francia, Estados Unidos, Canadá y nosotros.

Ahora, llega el momento de la verdad. Trabajan con la llamada técnica digital enfatizada con medio de contraste. Están en la tercera etapa. Las imágenes se toman en equipos digitales del INCan. En el protocolo, hay 20 pacientes con lesiones sospechosas. Aplican tres maneras de restar: la temporal, con cambio de energía, y “nuestra propuesta, la combinación”.

La hipótesis en que se basan estas técnicas es que al administrar un medio de contraste la sustancia circula en la sangre. Si hay una lesión maligna, la sustancia también va a ir por la nueva red sanguínea que propicia el proceso tumoral (angiogénesis), va a desbordar los nuevos vasos (aún inmaduros) e inundar la zona, de modo que al tomar la imagen con rayos X, se visualizará una región blanca.

Para Brandan, “el análisis matemático nos hizo ver desde el principio que no se obtenía el mismo contraste con la resta temporal y la combinada, aunque las predicciones eran iguales”. El estudiante Rosado postuló que el problema estaba asociado con el fondo estructurado, que influía en el resultado.

El siguiente paso lo dio Juan Pablo Cruz Bastida con una resta matricial, que permitió resolver el conflicto interno. Llegamos a un proceso “cuantitativamente sólido”.

Al aplicar la resta matricial a imágenes tomadas en un maniquí que simula la estructura de la mama, se observa que los resultados con la técnica combinada son iguales a los de la temporal.

¿Cuál es mejor? ¿Una o doble energía? Ésa es la pregunta que motivó la tesis de Cruz Bastida. Sin embargo, Brandan piensa que, una vez lograda la coincidencia numérica, ambas “son opciones favorables, y la elección de una u otra dependerá de las circunstancias. Y esa es una decisión médica”.

El formalismo actual promete; resuelve las inconsistencias. Permite, afirmó Brandan, “asociar curvas de captación de yodo con malignidad y benignidad”. Sin embargo, “nuestra experta (Yolanda Villaseñor) quisiera que el método le ofreciera un valor numérico como resultado, y aún no hemos resuelto el asunto de cómo cuantificar la captación” de yodo.

“Somos –dijo finalmente– el único grupo que trabaja en la parte cuantitativa. Los demás están más interesados en mejorar la percepción visual del radiólogo. Después de todo el esfuerzo que conlleva esta técnica, quedarse con una impresión subjetiva, sería no apreciar el valor de la información que está en los números”.

Boletín UNAM-DGCS-536

Ciudad Universitaria.

El Instituto de Física desarrolla técnicas novedosas en estudios de mamografía

 
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12 de julio 2011

Sin título-1• Podrían ayudar a que los radiólogos optimicen sus servicios

• La especialista del IF de la UNAM y responsable de la maestría en Física Médica, María Ester Brandan, detalló que buscan desarrollos innovadores que empleen las ventajas que ofrece la fase digital

Especialistas de la UNAM en colaboración con el Instituto Nacional de Cancerología y el Instituto Mexicano del Seguro Social, elaboran una técnica novedosa para identificar áreas malignas en una mamografía a través de un método creado por estudiantes del Instituto de Física (IF) de esta casa de estudios.

La idea de los alumnos de la maestría en Física Médica es desarrollar instrumentos o formalismos que ayuden a los radiólogos a optimizar sus servicios y avanzar en nuevas formas de obtener resultados, indicó la especialista del IF, María Ester Brandan.

La responsable de la maestría destacó que se busca crear técnicas innovadoras en mamografía digital. Por ello, desde 2002 se trabaja en la sustracción de imágenes, es decir, la resta de mamografías adquiridas a distintas energías para obtener resultados distintos de los desplegados por una imagen única.

El propósito inicial de esta labor, que se vale de imágenes digitales a dos energías (energía dual), fue observar microcalcificaciones (acumulaciones de minerales en la mama, posibles indicadores de un tumor). Si éstos son detectados en el estudio, se puede sospechar que cerca hay una lesión, probablemente maligna, dijo.

De 2005 a 2009, comenzamos a usar la resta de imágenes para identificar un medio de contraste que después de inyectado viaja en el sistema circulatorio. Dos estudiantes trabajaron en este proyecto.

Primero, Bianey Palma fabricó un maniquí en el que se depositaba una solución salina con yodo. Este medio es de uso común en radiología, pero no en mamografías. Iván Rosado, por su parte, lo perfeccionó; de ahí, se generaron dos publicaciones aparecidas en la revista Medical Physics. Luego, explicó, llegamos a la evaluación clínica con seres humanos.

“El proyecto fue aprobado por los Comités de Investigación y de Ética del Instituto Nacional de Cancerología en 2009, institución con la que trabajamos constantemente. Eso nos ha permitido obtener perfiles clínicos desde 2010,”, refirió.

“Nuestro objetivo es biomédico. Queremos estudiar cuidadosamente las imágenes en las que hay yodo. Éste se distribuye alrededor de la lesión. Por ello, buscamos la correlación entre lo que vemos y lo que observa el médico patólogo en los cortes histopatológicos de la biopsia”.

Las pacientes a las que practicamos los exámenes son aquellas que deben someterse a una biopsia y los primeros resultados son prometedores, añadió.

La especialista del IF detalló que el estudio de resta consiste en tomar dos imágenes adquiridas con técnicas radiológicas distintas durante una misma compresión de la mama. La primera utiliza el voltaje normal de operación del tubo de rayos X para, posteriormente, inyectar la solución salina y esperar entre uno y dos minutos a que el medio de contraste llegue al corazón y se distribuya por el cuerpo, hasta la mama.

Entonces, se obtiene la segunda imagen con una energía diferente y buscamos visualizar lo que no estaba en la primera, el yodo. Es lo que distingue a la primera imagen de la otra. La resta muestra que alrededor de la región del tumor se ubica un elemento químico.

De los tumores malignos se conoce que algunos, en su rápido crecimiento, requieren nutrientes y, por ello, el cuerpo responde al tumor y permite la angiogénesis, crecimiento de nuevos vasos tanto en el sistema circulatorio como en el linfático.

Estos nuevos vasos son imperfectos y se les escapa parte de líquido, al igual que el yodo; rodean al tumor, pero no siempre lo penetran. Los marcadores señalan de un color diferente el tejido normal y el área donde hay crecimientos, y eso ayuda al estudio.

Los resultados son preliminares, pero estamos entusiasmados con lo que hemos visto. Con esta técnica, la mamografía se convierte en una técnica funcional y no sólo es una radiografía anatómica, indicó.

Actualmente extraemos de la imagen información que no se observa en la mamografía común. Esto no sólo tiene que ver con investigación, sino con el impacto social que pueda apoyar a la población enferma y a los especialistas. “Tenemos perfiles con casos benignos en los que se ha comprobado esta técnica”.

Ésta podría ser comercializada, sin embargo, en esta etapa trabajamos en un protocolo de investigación para optimizarla. Los equipos médicos comerciales, como los mastógrafos de este proyecto, pueden utilizarse para proyectos y así mejorar su uso, destacó.

La tarea en la maestría está enfocada en aplicaciones novedosas en la frontera del conocimiento, pues eso contribuye a la generación de soluciones de problemas reales.

De hecho, la maestría en Física Médica, creada en 1997, fue clasificada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología en enero de 2011 como de Competencia Internacional, la más alta calificación para un programa de posgrado, concluyó.

Créditos: UNAM-DGCS-401-2011/unam.mx