“ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO:...

19
“ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.” XXIV CoCAEM 2013 ROSARIO. SANTA FE

description

“ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.” MORETTI, Cristián; CORNALIS BOUZO, Nazareno; GAMBEALTE, Juan Cruz; TORRES, Luis; WAELKENS, Emiliano G & Dr. KUCHEN, Cristián R. IMOFyS

Transcript of “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO:...

Page 1: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

“ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA

PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE

DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO

PRELIMINAR.”

XXIV CoCAEM 2013 ROSARIO. SANTA FE

Page 2: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

AUTORES. INSTITUCIÓN.

MORETTI, Cristián; CORNALIS BOUZO, Nazareno; GAMBEALTE, Juan Cruz; TORRES, Luis; WAELKENS, Emiliano G & Dr. KUCHEN, Cristián R. Cátedra de Anatomía Normal. Facultad de Ciencias Médicas. UNR. Servicio de Diagnóstico por Imagen del Hospital de Emergencia Clemente Álvarez. IMOFyS

Page 3: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

INTRODUCCIÓN.

Las estructuras fractales comparten las propiedades de: AUTOSEMEJANZA y DIMENSIÓN FRACCIONARIA. La dimensión fraccionaria mide el grado de irregularidad o de fragmentación de un objeto.

Page 4: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

INTRODUCCIÓN.

El aparato respiratorio, compuesto por elementos semejantes que interaccionan, origina un comportamiento emergente que no puede explicarse a partir de dichos elementos tomados aisladamente.

Cualquier variación mínima entre sus elementos componentes pueden modificar de forma imprevisible, las interrelaciones y el comportamiento de todo el sistema.

La variabilidad morfológica del área pulmonar debería presentar características fractales, que representan la capacidad de autorregulación o alostasis.

Page 5: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

OBJETIVO.

Se propone valorar la dimensión fractal del área pulmonar en Tomografías Axiales Computarizadas, a través del método Box Counting.

Page 6: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

MATERIAL Y MÉTODOS.

Se realizaron 216 estudios fractales para ello se requirió de 6 tomografías axiales computarizadas (TAC). Las TACs fueron seleccionadas al azar, no se tuvieron en cuenta sexo y edad. Se utilizaron imágenes con ventana pulmonar (W:1600 C:600). Se eligieron por TAC 18 láminas en sentido céfalo caudal para ser procesadas.

Page 7: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

MATERIAL Y MÉTODOS.

Para obtener la dimensión fractal por el método de Box Counting, se utilizaron grillas en escalas de 4, 2, 1 y 0,5 cm.

Page 8: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

MATERIAL Y MÉTODOS.

Método de Box Counting, o contaje de cajas. Para el procedimiento es necesario cumplir con los siguientes pasos: Elegir una imagen escena (Área Pulmonar). Cubrir la imagen escena con la grilla. Contar el número de celdas de la grilla en la que aparece elementos de la imagen escena Repetir el paso 3 y 4 con grillas de diferentes escalas.

Page 9: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

Se registraron los datos para su posterior procesamiento en hoja de cálculo Excel a fin de obtener los gráficos determinantes de la dimensión fractal. Ambos pulmones fueron analizados independientemente.

MATERIAL Y MÉTODOS.

N° Lámina PULMÓN DERECHO PULMÓN IZQUIERDO

Celda cm. Ln. Log N º IE DF Celda cm. Ln. Log

N º

IE DF

1 0.5 -0.69 1.52 33 1.2 0.5 -0.69 1.72 52

1.22

R

0.91

1 1 0 1.2 16 R 0.99 1 0 1.04 11

1 2 0.69 0.84 7 2 0.69 0.78 6

1 4 1.38 0.6 4 4 1.38 0.6 4

IE: Imagen escena (área pulmonar) DF: Dimensión Fractal

Page 10: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

Se trasladan los datos en una gráfica log-log. Valor de x: Ln. de la altura de la celda . Valor de y: log. del nº de celdas en que aparece la imagen escena (área pulmonar). Se obtiene la recta de Regresión Lineal, cuya Pendiente representa el valor de la dimensión fractal (D).

MATERIAL Y MÉTODOS.

y = -0.4522x + 1.196 R² = 0.9941

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5

Lámina N° 1 Pulmón Derecho

Log.

De

l N°

de

ve

ces

q a

par

ece

la

imag

en

esc

en

a

Ln. Altura de la celda

y = -0.5246x + 1.216 R² = 0.9056

0

0,5

1

1,5

2

-1 -0,5 0 0,5 1 1,5

Lámina N° 1 Pulmón Izquierdo

Log.

De

l N°

de

ve

ces

q a

par

ece

la

imag

en

esc

en

a

Ln. Altura de la celda

Page 11: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

RESULTADOS.

Pac. DIMENSIÓN FRACTAL del PULMÓN DERECHO DF

% L.1. L.2. L.3. L.4. L.5. L.6. L.7. L.8. L.9. L.10. L.11. L.12. L.13. L.14. L.15. L.16. L.17. L.18.

1 1.33 1.54 1.69 1.78 1.87 1.92 1.62 2.01 2.01 2.07 2.08 2.07 2.11 2.03 1.99 2.04 1.9 1.5 1.86

2 1.2 1.32 1.52 1.84 1.87 2.03 2.13 2.09 2.1 2.1 2.1 2.09 2.09 2.14 1.98 2.07 1.6 1.90

3 1.29 1.3 1.68 1.73 1.8 2.03 2 1.93 2.04 2.05 1.99 2.08 2.07 2.09 2.09 2.09 2.05 1.90

4 0.92 1.12 1.39 1.5 1.57 1.62 1.64 1.72 1.74 1.77 1.82 1.69 1.7 1.86 1.8 1.75 1.58 1.68 1.60

5 1.16 1.52 1.56 1.82 1.7 1.7 1.75 1.74 1.8 1.81 1.83 1.85 1.81 1.85 1.84 1.86 1.85 1.88 1.74

6 1.22 1.49 1.54 1.68 1.86 1.96 2.02 2.06 2.06 2.07 2.08 2.11 2.07 2.09 2.06 1.75 1.63 1.64 1.86

DF % 1.17 1.38 1.50 1.72 1.77 1.84 1.87 1.94 1.94 1.98 1.99 1.97 1.98 2.01 1.96 1.93 1.78 1.75 1.80

DF del pulmón derecho por lámina . Promedio de la DF por lámina. Promedio de la DF total del pulmón derecho:

DF MÁXIMA

DF MÍNIMA

2.14 MÁXIMA DF del PULMÓN DERECHO

1.80 DF PROMEDIO DEL PULMÓN DERECHO

Page 12: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

RESULTADOS.

DF del izquierdo derecho por lámina . Promedio de la DF por lámina . Promedio de la DF total del pulmón izquierdo.

Pac. DIMENSIÓN FRACTAL del PULMÓN IZQUIERDO DF

% L.1. L.2. L.3. L.4. L.5. L.6. L.7. L.8. L.9. L.10. L.11. L.12. L.13. L.14. L.15. L.16. L.17.

L.1

8.

1 1.35 1.54 1.4 1.72 1.79 1.84 1.96 1.93 1.93 1.95 1.89 1.82 1.85 1.77 1.9 1.77 1.83 1.7

5 1.78

2 1.22 1.44 1.6 1.84 1.87 1.99 2.17 2.03 2.05 2.06 2.05 2.07 2.06 2.06 2.06 2.11 1.61 1.90

3 1.19 1.43 1.6 1.81 1.78 2.01 2.21 2.15 2.09 2.11 2.12 2.14 2.14 2.14 2.16 2.12 2.13 2.1

3 1.97

4 0.94 1.22 1.3 1.51 1.54 1.6 1.61 1.71 1.71 1.72 1.71 1.59 1.79 1.74 1.68 1.7 1.54 1.6

7 1.57

5 1.12 1.32 1.6 1.69 1.66 1.71 1.79 1.82 1.9 1.9 1.87 1.96 1.88 1.92 1.84 1.85 1.87 1.9

3 1.76

6 1.01 1.51 1.6 1.67 1.83 1.96 2 2.06 2.07 2.08 2.1 2.1 2.14 2.06 2.01 2.05 1.98 1.8

2 1.89

DF % 1.14 1.41 1.49 1.71 1.75 1.85 1.96 1.95 1.96 1.97 1.96 1.95 1.98 1.95 1.94 1.93 1.83 1.8

6 1.81

DF MÁXIMA

DF MÍNIMA

2.21 MÁXIMA DF DEL PULMÓN IZQUIERDO

1.81 DF PROMEDIO DEL PULMÓN IZQUIERDO

Page 13: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

RESULTADOS.

Análisis comparativo de la Dimensión Fractal en ambos pulmones.

LÁMINA

DIMENSIÓN FRACTAL %

DF % PULMÓN DERECHO PULMÓN IZQUIERDO

L.1. 1.17 1.14 1.16

L.2. 1.38 1.41 1.40

L.3. 1.5 1.49 1.50

L.4. 1.72 1.71 1.72

L.5. 1.77 1.75 1.76

L.6. 1.84 1.85 1.85

L.7. 1.87 1.96 1.92

L.8. 1.94 1.95 1.95

L.9. 1.94 1.96 1.95

L.10. 1.98 1.97 1.98

L.11. 1.99 1.96 1.98

L.12. 1.97 1.95 1.96

L.13. 1.98 1.98 1.98

L.14. 2.01 1.95 1.98

L.15. 1.96 1.94 1.95

L.16. 1.93 1.93 1.93

L.17. 1.78 1.83 1.81

L.18. 1.75 1.86 1.81

DF % 1.80 1.81 1.81

Page 14: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

En el modelo bidimensional de los pulmones (TACs), se puede intuir que los bronquios tienden a que el limite de su dimensión fractal sea D=2 (según la geometría topológica).

Se ha encontrado que la dimensión fractal de los pulmones cambia y es indicativa de procesos que causan el daño en su parénquima.

DISCUSIÓN.

GEOMETRÍA TOPOLÓGICA

Dimensión 0

punto

Dimensión 1 línea recta

Dimensión 2 plano

Dimensión 3 espacio

Desde el punto de vista de la funcionalidad, la estructura fractal de los pulmones es la solución optima para maximizar el área expuesto dentro del volumen disponible para la difusión de oxigeno y dióxido de carbono .

Page 15: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

CONCLUSIÓN.

Del análisis de los datos se concluye que las dimensiones fractales obtenidas son representativas de una imagen bidimensional en el espacio (TAC), dado que los resultados fluctúan entre 1 y 2. Los valores alternantes que escapan a estos límites indican un comportamiento fractal diferente que suscita una profundización posterior.

Page 16: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

BIBLIOGRAFÍA.

•Sanjuán Miguel A.F. Máster Universitario. Modelización y Física de sistemas complejos. 2011/2012. 16-06-2011. •Moriello Sergio A. “Sistemas complejos, caos y vida artificial”. Red científica, tecnología y pensamiento. Http:// redcientifica.com.doc. ISSSN 1579-0223. 26-08-2012 •Pedrosa, Cesar. “Diagnóstico por Imagen. Tórax” Tomo1. Edit. Marbán libros S.L.Madrid España. 2009. •Moriello, Sergio. Sistemas complejos, caos y vida artificial. www.redcientícica.com. ISSN:1579-0223. Agosto 2012. •Partho P Sengupto; Josef Korinek; Marek Belohlavek. “Strain en el plano longitudinal radial” Et. al. I Am. Coll. Cardiol. 2006; 48:1988-2001². •Best y Taylor. “Bases Fisiológicas de la práctica médica” Editorial Médica Paramericana. 14ª Edición en Español- .2010. Capítulo 0 (1-7). •Armentano RL; Barrag JG; Graf S; Pessana F; Craiem D.Modelización aplicada a la ingeniería. Ingeniería Cardiovascular: modelos y aplicaciones.Año: 2005; p. 1 – 27. • Gimenez, Carlos. Manual de Diagnóstico por Imágenes y Terapia Radiante. Tomo 1. Est. Gráfico Cervantes SRL. Galvez 1226. Rosario Argentina. ISBN. 950 43 83 130. Marzo 2000 •Argente A, Horacio. Semiología Médica. Fisiopatología, Semiotecnia y Propedéutica. Radiografía de Tórax Normal. Editoria Médica Panamericana. Bs. As. Argentina. 2ª Reimpresión. 2007. Cap 74. pp:1514-31. •Andy Domínguez Monterrosa, Gorzar Alvarado Diego. “Comportamiento fractal espacial en la expansión de la distribución del flujo sanguíneo cerebral del Alzeimer.” Revista cubana de Investigación Biomédica 2011;30 (3):425-438

Page 17: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

AGRADECIMIENTO.

AL SERVICIO DE DIAGNÓSTICO POR IMÁGENES DEL HOSPITAL DE EMERGENCIAS CLEMENTE ALVAREZ. A LA DOCTORA CLAUDIA FURLAN POR SU COOPERACIÓN DESINTERESADA Y LA CONFIANZA DISPENSADA.

Page 18: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”

Muchas Gracias por su Atención.

Page 19: “ANÁLISIS FRACTAL DEL PARÉNQUIMA PULMONAR EN TACS COMO DETERMINANTE DE SU COMPORTAMIENTO: ESTUDIO PRELIMINAR.”