ES2320946B1 - Metodo y sistema para calibrar un modelo matematico de estimacion del hierro hepatico a partir de mediciones de imagenes de resonancia magnetica. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema para calibrar un modelo
matemático de estimación del hierro hepático a partir de mediciones
de imágenes de resonancia magnética.
Método y sistema para obtener un factor de
corrección (F) de un determinado modelo matemático (7) de
estimación de hierro hepático para poder aplicar dicho modelo para
estimar el hierro hepático a partir de imágenes (I1, I2) tomadas
con cualquier máquina de resonancia magnética. Para ello, en la
máquina de resonancia magnética se toman unas imágenes (I1'', I2'')
de un dispositivo (1) que comprende una serie de tubos (C, D, E, F,
G) rellenos de disoluciones de hierro a concentraciones conocidas,
extrayéndose de dichas imágenes unas mediciones (C1, C2, ..., F2,
G2) y aplicándose el modelo matemático (7) a las mediciones para
obtener un valor estimado (ED, EE, EF, EG) de hierro hepático
asociado a cada tubo. Entonces, se comparan los valores estimados
de hierro hepático de cada tubo con los valores de hierro hepático
originales asociados a cada tubo y se obtiene la desviación o
factor de corrección (F).
Description
Método y sistema para calibrar un modelo
matemático de estimación del hierro hepático a partir de mediciones
de imágenes de resonancia magnética.
La invención se refiere a un método y sistema
que permite calibrar o corregir un modelo matemático de
cuantificación de hierro hepático a partir de imágenes de
resonancia magnética.
La hemocromatosis es una enfermedad que se
caracteriza por que el organismo no es capaz de gestionar
adecuadamente el hierro absorbido en la alimentación, y produce de
modo inadecuado una excesiva acumulación de hierro en los
diferentes órganos del cuerpo. Esta acumulación es mayor en el
hígado, que con el paso del tiempo va sucumbiendo en sus funciones,
originando insuficiencia hepática y acortamiento de la vida del
enfermo. El tratamiento de la enfermedad tradicionalmente se basa
en la realización programada de sangrías (extracciones de sangre),
las cuales permiten vaciar de hierro la sangre y, por lo tanto, el
organismo. En consecuencia, se consigue disminuir el depósito de
hierro en el hígado, retrasándose e incluso evitándose las
consecuencias funestas del depósito de hierro en el hígado.
El diagnóstico de la hemocromatosis se ha
realizado tradicionalmente pinchando el hígado a través de la piel,
extrayendo un trozo de tejido del hígado y analizando el contenido
en hierro de dicho tejido para determinar si dicho contenido de
hierro sobrepasa un límite considerado "normal". La acción de
pinchar el hígado presenta una serie de riesgos además de resultar
cruenta y desagradable para paciente. Por ello, en los últimos años
se está investigando para conseguir otros medios diagnósticos
alternativos.
Un medio de diagnóstico alternativo considerado
revolucionario en el sector médico ha nacido de la observación de
las imágenes obtenidas por máquinas de resonancia magnética,
concretamente del descubrimiento de que las imágenes de hígados de
enfermos de hemocromatosis (es decir, de hígados con alto depósito
de hierro) obtenidas resultaban ser notablemente diferentes que las
imágenes de hígados sanos no afectados por hemocromatosis (es decir,
de hígados sin depósito elevado de hierro). Concretamente, se ha
detectado que el elevado depósito de hierro provoca que los hígados
afectados por hemocromatosis aparezcan más oscuros que los hígados
sanos. Es decir, se ha detectado que la mayor presencia de hierro
tiende a variar, oscureciendo, las imágenes obtenidas por
resonancia magnética.
Lógicamente, este descubrimiento ha provocado
que se considere muy seriamente la utilización de ciertas
mediciones extraídas de imágenes obtenidas mediante máquinas de
resonancia magnética para estimar la cantidad de hierro depositada
en el hígado de los pacientes y así poder diagnosticar la
hemocromatosis de una forma no invasiva y por lo tanto menos
compleja y cruenta. En este sentido, existen múltiples estudios y
propuestas de métodos de diagnostico de hemocromatosis, entre ellos
la propuesta publicada por los propios inventores de la presente
solicitud en el artículo aparecido en la revista "Radiology",
número de febrero de 2004, volumen 230, páginas
479-484. En este artículo, los inventores de la
presente invención exponen un modelo matemático que permite estimar
la concentración de hierro en un hígado a partir de ciertas
mediciones extraídas de unas imágenes de resonancia magnética
obtenidas en una determinada máquina de resonancia magnética
disponible en el centro médico en el cual desarrollan su labor los
citados inventores. Dicho modelo matemático entrega como resultado
una estimación de la cantidad de hierro en el hígado
sorprendentemente exacta, como demuestran los resultados de un
estudio clínico detallado en el artículo, en el cual se han
comparado, para una serie de pacientes, los valores estimados de
hierro hepático con los valores reales de hierro hepático medidos
por la metodología tradicional (extracción y análisis de tejido del
hígado). Los resultados de dicho análisis clínico de hecho son
sorprendentes: el valor estimado por la ecuación matemática
presenta un índice de correlación de 0,937.
Alternativamente, se conocen otras
investigaciones y propuestas similares realizadas por
investigadores tales como la detallada en
"Non-Invasive assessment of hepatic iron sotres by
MRI" de Dr. Gandon et al., Lancet 2004,
365:357-362, que consiguen estimaciones de la
cantidad de hierro en hígado tal como lo hace la anteriormente
mencionada ecuación matemática.
En cualquier caso, se da el inconveniente de que
cada uno de estos modelos matemáticos proporciona estimaciones
óptimas sólo cuando es aplicado a mediciones realizadas sobre
imágenes obtenidas con la misma máquina de resonancia magnética con
la que originalmente fue modelizado o creado el modelo matemático.
En otras palabras, si en un centro médico determinado se obtiene
una imagen por resonancia magnética de un paciente, se extraen de
dicha imagen las mediciones necesarias y se aplica un modelo
matemático sobre dichas mediciones, el valor de hierro en hígado
estimado como resultado de dicho modelo presenta un error adicional
originado por el hecho de que la máquina de resonancia magnética
del presente centro médico no es la misma que la máquina de
resonancia con la cual se diseñó el modelo matemático. Este error,
que puede considerarse una especie de error de "calibración"
del modelo matemático, puede afectar a la exactitud del diagnóstico
de tal forma que el método de diagnóstico de hemocromatosis por
resonancia magnética acabe dando una impresión de inexacto y haya de
ser complementado con pruebas médicas tradicionales para asegurar
el diagnóstico, no cumpliéndose el objetivo de erradicar la
realización de pruebas diagnósticas invasivas y cruentas para
diagnosticar la hemocromatosis.
La presente invención tiene como objetivo
proveer los medios y métodos necesarios para adaptar un modelo
matemático de estimación del hierro hepático a una determinada
máquina de resonancia magnética diferente a la máquina de
resonancia magnética original en la cual fue desarrollado el citado
modelo matemático. En otras palabras, la presente invención pretende
constituir un "paquete" (dicho en sentido figurado) que,
entregado a un determinado centro médico, permita a dicho centro
médico calcular una serie de parámetros que permitan aplicar con
sorprendente exactitud un determinado modelo matemático de
estimación de hierro hepático desarrollado en un centro diferente.
Dada la elevada exactitud y fiabilidad del modelo matemático
corregido final (una vez calibrado el modelo matemático según la
invención) dicho modelo final permitirá diagnosticar con total
seguridad la existencia o no existencia de hemocromatosis en un
paciente sin necesidad alguna de realizar extracciones o biopsias
de tejido hepático.
Es objeto de la invención un método y sistema
para obtener un factor de corrección de un determinado modelo
matemático de estimación de hierro hepático. Para entender la
presente explicación, pártase del punto de vista del centro médico
que desea aplicar un modelo matemático de estimación de hierro
hepático y que para ello dispone de una máquina de resonancia
magnética en sus instalaciones que le permite obtener imágenes del
hígado de los pacientes. El personal médico es capaz de interpretar
las imágenes del hígado de un determinado paciente y extraer
ciertas mediciones de las imágenes (generalmente el nivel de gris
de un músculo, al cual nunca afecta la sobrecarga férrica), y a
partir de estas mediciones, aplicar un modelo matemático para
obtener un valor estimado del hierro hepático de un paciente. Dado
que el valor estimado no es exacto ya que parte de un modelo
matemático desarrollado a partir de otras máquinas de resonancia
magnética (que pueden presentar potencias diferentes o simplemente
entregar niveles de gris diferentes a la máquina de resonancia
magnética del propio centro médico), el personal médico entonces
puede aplicar al valor estimado un factor de corrección fijo
calculado para su propia máquina de resonancia magnética mediante
el método y sistema según la invención. Entonces, el valor
resultante sí podrá considerarse como sumamente aproximado al valor
real de hierro hepático del paciente y servir de base para efectuar
un diagnóstico.
Por lo tanto, el método y sistema de la presente
invención permiten calcular el factor de corrección asociado a una
determinada máquina de resonancia magnética con la cual se pretenda
utilizar un modelo matemático determinado, y una vez conocido dicho
factor de corrección, se aplicará siempre sobre las estimaciones de
dicho modelo matemático.
Para ello, el método y sistema de la presente
invención utilizan un fantoma o modelo de simulación en forma de un
dispositivo que comprende una serie de tubos o receptáculos que
contienen disoluciones de hierro a una concentración determinada y
cuyos valores de hierro hepático estimados en la máquina original
en la que se desarrolló el modelo matemático son conocidos con
exactitud, correspondiéndose preferentemente con niveles cuya
medición de señal en la máquina original corresponde a los de los
pacientes con niveles de sobrecarga intermedia (hemosiderosis) y
alta (hemocromatosis). Entonces, según el método y sistema de la
presente invención, dicho dispositivo es captado por la máquina de
resonancia magnética del centro médico que desea calcular un factor
de corrección propio, obteniéndose unas imágenes. De dichas
imágenes se extraen unas mediciones (los niveles de gris de cada
tubo), y sobre dichas mediciones se aplica el modelo matemático.
Dado que la máquina de resonancia magnética del presente centro
médico es distinta a la máquina original, los valores estimados por
el modelo matemático para cada tubo son distintos que los valores
de hierro estimados por el modelo matemático a partir de mediciones
de la máquina original. Entonces, el método y sistema según la
invención calculan la desviación (preferentemente la desviación
media) entre los valores estimados en el presente centro médico y
los valores estimados originales, siendo el factor de corrección
buscado igual al resultado de dicha desviación calculada.
La invención propone asimismo un número
preferente de tubos y unas concentraciones específicas de las
disoluciones contenidas en los tubos, habiéndose comprobado
empíricamente que dicho número y concentraciones permiten obtener
un factor de corrección de mayor exactitud.
La invención asimismo se refiere al dispositivo
que comprende los tubos con las disoluciones de compuestos de
hierro.
Los detalles de la invención se aprecian en las
figuras que se acompañan, no pretendiendo éstas ser limitativas del
alcance de la invención:
- La Figura 1 muestra un esquema del proceso de
obtención de un valor estimado de hierro hepático a partir de
imágenes de resonancia magnética de un paciente.
- La Figura 2 muestra un esquema del método de
obtención de un factor de corrección según la invención.
La Figura 1 muestra un esquema del proceso de
obtención de un valor estimado de hierro hepático a partir de
imágenes de resonancia magnética de un paciente, mostrándose este
esquema a modo ilustrativo ya que se trata de un proceso conocido
en el estado de la técnica (véase el artículo citado en la
introducción). Como puede observarse en la figura, una máquina de
resonancia magnética (2) capta una serie de imágenes (I1, I2) en
las cuales puede verse el hígado (B) y un músculo (A) del paciente
(5). En el caso de la figura, se captan concretamente dos imágenes,
y dichas imágenes se corresponden con las imágenes T2 y DP de la
máquina de resonancia magnética (2), como recomienda el modelo
matemático propuesto por los propios inventores en el referido
artículo, aunque seria posible captar un número y/o tipo de imágenes
diferente. En cualquier caso, las imágenes (I1, I2) varias captadas
generalmente presentarán niveles de gris diferentes entre sí, es
decir, unas imágenes (I2) serán más oscuras que otras (I1).
En ambas imágenes (I1, I2), el hígado (B),
afectado por hemocromatosis o hemosiderosis, puede verse más oscuro
que el músculo (A) debido al elevado depósito de hierro en el
hígado (B). Dado que las imágenes (I1, I2) son de diferente tipo,
las mediciones (A1, A2) (entendiéndose la medición normalmente como
el nivel de gris) de la zona sana (A) no son iguales entre sí, como
tampoco lo son las mediciones (B1, B2) de la zona afectada (B).
Entonces, a partir de las mediciones (A1, A2, B1, B2) se aplica el
modelo matemático (7) y se obtiene el valor estimado (EB) de hierro
hepático, es decir, el valor estimado (EB) de hierro en el hígado
(B) del paciente (5) cuyas imágenes (I1, I2) se han procesado. En
el caso de la figura, se utiliza el modelo matemático (7) propuesto
por los presentes inventores, el cual parte de los ratios de las
mediciones de la zona afectada (B) con respecto a la zona sana (A),
aunque como se ha comentado esto es un caso particular de este
modelo matemático (7) y se contempla la utilización de otros modelos
matemáticos (7).
Como se ha mencionado, el valor estimado (EB) de
hierro hepático no se corresponde con el valor real (RB) de hierro
en el hígado (B) del paciente (5), ya que además del mayor o menor
error inherente al propio modelo matemático (7) existe un error
adicional debido al hecho de que la máquina de resonancia magnética
(2) es distinta a la máquina original que permitió desarrollar el
modelo matemático (7) que se está utilizando. La Figura 2 muestra
un esquema del método de obtención según la invención que permite
calcular un factor de corrección (F) para eliminar dicho error
adicional.
Como puede verse en la Figura 2, se parte de un
dispositivo (1) que comprende una estructura (4) que aloja una
serie de tubos (C, D, E, F, G) insertados preferentemente en un
medio líquido (3) apropiado para exploración en resonancia
magnética, es decir, que no interfiere en la lectura de la máquina
de resonancia magnética (2). Cada tubo (C, D, E, F, G) está relleno
de una disolución que contiene hierro (generalmente Hierro (III)
Cloruro) y que presenta una concentración diferente al resto de
tubos, estando cada concentración asociada a un valor real de
hierro hepático conocido. La estructura (4) del dispositivo (1)
podrá estar fabricada por ejemplo de metacrilato.
El dispositivo (1) es colocado en la máquina de
resonancia magnética (2) y la máquina se hace funcionar para
obtener una serie de imágenes (I1', I2'). Preferentemente, se
obtienen dos imágenes (I1', I2') según el método definido por los
propios inventores en el artículo citado anteriormente. En las
imágenes (I1', I2') son visibles los tubos (C, D, E, F, G). Aunque
la imagen (I2') es más oscura que la imagen (I1'), dentro de cada
imagen (I1', I2') el oscurecimiento relativo de unos tubos con
respecto a otros se mantiene aproximadamente.
Posteriormente, se extraen de dichas imágenes
(I1', 12') unas mediciones (C1, D1, E1, F1, G1, C2, D2, E2, F2, G2)
de los tubos (C, D, E, F, G), siendo dichas mediciones generalmente
los niveles de gris de cada tubo (C, D, E, F, G).
A continuación, se aplica el modelo matemático
(7) a las mediciones C1, D1, E1, F1, G1, C2, D2, E2, F2, G2)
extraídas, obteniéndose unos valores estimados (ED, EE, EF, EG) de
hierro en los tubos (C, D, E, F, G). En el caso de la figura, un
tubo (C) sirve como tubo de referencia (al igual que el músculo o
zona sana (A) de la Figura 1) y se calculan los ratios de las
mediciones del resto de tubos (D, E, F, G) con respecto a las
mediciones de dicho tubo de referencia (C), siendo dichos ratios
los parámetros de entrada al modelo matemático (7).
Finalmente, se compara los valores estimados
(ED, EE, EF, EG) de hierro hepático de cada tubo (D, E, F, G) con
los valores de hierro hepático asociados a las concentraciones de
las disoluciones de los tubos (D, E, F, G) y se obtiene el factor
de corrección (F) a partir de las diferencias o desviaciones de los
primeros respecto a los segundos. Preferentemente, el factor de
corrección (F) se calcular como la media de dichas diferencias o
desviaciones.
Preferentemente, los tubos (C, D, E, F, G)
comprenden disoluciones cuya concentración es de entre 0 y 2,0
mgFe/ml. Estas concentraciones están especialmente indicadas para
el caso en el que se utilice el modelo matemático (7) definido por
los inventores de la presente invención, ya que en la máquina de
resonancia magnética (2) original, en la que fue desarrollado dicho
modelo matemático (7), estas concentraciones daban lugar a valores
estimados (EB) de entre 36 y 80 micromoles Fe/g (hemosiderosis) o de
más de 80 micromoles Fe/g (hemocromatosis) observados en pacientes
afectos de sobrecarga férrica. En un modo de realización
especialmente preferente (representado en la figura), se utilizarán
al menos dos tubos (C, D, E, F, G) comprendiendo al menos dos de
entre las concentraciones de 0, 0,3, 0,5, 0,6 y 1,2 mgFe/ml
asociadas respectivamente a: un músculo (A), el cual no presenta
sobrecarga férrica y sirve como elemento de referencia; una
concentración que, medida en la máquina de resonancia (2) original
en la secuencia T2, da lugar a un valor estimado aproximadamente
igual a la media del valor de hierro hepático en pacientes
afectados por hemosiderosis; una concentración que, medida en la
máquina de resonancia (2) original en la secuencia T2, da lugar a
un valor estimado aproximadamente igual a la media del valor de
hierro hepático en pacientes afectados por hemocromatosis; una
concentración que, medida en la máquina de resonancia (2) original
en la secuencia DP, da lugar a un valor estimado aproximadamente
igual a la media del valor de hierro hepático en pacientes
afectados por hemosiderosis; una concentración que, medida en la
máquina de resonancia (2) original en la secuencia DP, da lugar a
un valor estimado aproximadamente igual a la media del valor de
hierro hepático en pacientes afectados por hemocromatosis. De forma
óptima, se utilizarán cinco tubos (C, D, E, F, G) comprendiendo las
cinco concentraciones detalladas.
Para calcular estas concentraciones de Hidrato
III Cloruro correspondientes con el modo de realización
especialmente preferente de la invención, primeramente, con 7
soluciones entre 8 y 0.25 mgFe/ml se elaboró un modelo de
regresión, estimando aquellas concentraciones con una ratio
idéntica a los valores hígado/músculo (máximo, medio y mínimo) de
los dos grupos de pacientes con sobrecarga férrica (sobrecarga
férrica moderada o hemosiderosis, y sobrecarga férrica alta o
hemocromatosis). Con estos resultados se prepararon 12 soluciones
entre 0 y 4 mgFe/ml, observando que las concentraciones de 0,3,
0,5, 0,6 y 1,2 reproducían los valores medios de hierro hepático de
los dos grupos de pacientes.
Claims (12)
1. Método para obtener un factor de corrección
(F), donde dicho factor de corrección (F) puede ser aplicado a un
valor estimado (EB) de hierro hepático para calcular un valor real
(RB) de hierro hepático, donde dicho valor estimado (EB) de hierro
hepático resulta de aplicar a un modelo matemático (7) ciertas
mediciones (A1, B1, A2, B2) extraídas de al menos dos imágenes (I1,
I2) del hígado (B) de un paciente (5) obtenidas en una máquina de
resonancia magnética (2), que se caracteriza porque
comprende:
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
2. Método, según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque el factor de corrección (F) es obtenido
como la media de las diferencias entre los valores estimados (ED,
EE, EF, EG) de hierro hepático asociados a los tubos (C, D, E, F,
G) y los valores reales de hierro hepático asociados a las
concentraciones de las disoluciones de los tubos (C, D, E, F,
G).
3. Método, según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque se obtienen dos imágenes (I1', I2') del
dispositivo (1).
4. Método, según la reivindicación 3, que se
caracteriza porque las dos imágenes (I1', I2') se
corresponden con las secuencias T2 y DP de la máquina de resonancia
magnética (2).
5. Método, según la reivindicación 1, que se
caracteriza porque los tubos (C, D, E, F, G) comprenden
disoluciones cuya concentración es de entre 0 y 2,0 mgFe/ml.
6. Método, según la reivindicación 5, que se
caracteriza porque los tubos (C, D, E, F, G) comprenden
disoluciones cuyas concentraciones son al menos dos de las
concentraciones: 0, 0.3, 0.5, 0.6 y 1.2 mgFe/ml.
7. Método, según la reivindicación 6, que se
caracteriza porque comprende la utilización de cinco tubos
(C, D, E, F, G) comprendiendo respectivamente las concentraciones
de 0, 0.3, 0.5, 0.6 y 1.2 mgFe/ml.
8. Sistema para obtener un factor de corrección
(F), donde dicho factor de corrección (F) puede ser aplicado a un
valor estimado (EB) de hierro hepático para calcular un valor real
(RB) de hierro hepático, donde dicho valor estimado (EB) de hierro
hepático resulta de aplicar a un modelo matemático (7) ciertas
mediciones (A1, B1, A2, B2) extraídas de al menos dos imágenes (I1,
I2) del hígado (B) de un paciente (5) obtenidas en una máquina de
resonancia magnética (2), que se caracteriza porque
comprende:
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
- -
-
\vtcortauna
\newpage
- -
-
\vtcortauna
9. Sistema, según la reivindicación 8, que se
caracteriza porque los tubos (C, D, E, F, G) comprenden
disoluciones cuya concentración es de entre 0 y 2,0 mgFe/ml.
10. Sistema, según la reivindicación 9, que se
caracteriza porque los tubos (C, D, E, F, G) comprenden
disoluciones cuyas concentraciones son al menos dos de las
concentraciones: 0, 0.3, 0.5, 0.6 y 1.2 mgFe/ml.
11. Sistema, según la reivindicación 10, que se
caracteriza porque el dispositivo (1) comprende cinco tubos
(C, D, E, F, G) comprendiendo respectivamente las concentraciones
de 0, 0.3, 0.5, 0.6 y 1.2 mgFe/ml.
12. Dispositivo (1) del tipo del utilizado en
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.
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| ES200601279A ES2320946B1 (es) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | Metodo y sistema para calibrar un modelo matematico de estimacion del hierro hepatico a partir de mediciones de imagenes de resonancia magnetica. |
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|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2001014899A1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-03-01 | The University Of Western Australia | Method of mapping proton transverse relaxation time constants or functions thereof in a target subject to localised movement using nuclear magnetic resonance imaging |
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Also Published As
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