El doctor Albert Aguilar, del Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (I3M) de Valencia, España, quien realizó una estancia de colaboración académica en la División de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería, a través de la Coordinación de Ingeniería en Computación, impartió como parte de sus actividades en nuestro país la conferencia Implementación de un Algoritmo en FPGA para la Mejora de Imagen en Sistemas PET, el 12 de abril en el Auditorio Raúl J. Marsal.

Como miembro del equipo de trabajo en Tomografía por Emisión de Positrones (PET, por sus siglas en inglés) —cuyo objetivo es investigar y diseñar prototipos que contribuyan al diagnóstico de enfermedades en humanos y animales—, el doctor Aguilar abordó las características y ventajas de ese tipo de tomografías, y compartió algunos avances del proyecto con el cual trabajan actualmente: MindView, un mecanismo que conjuga un sistema PET y una resonancia magnética para la detección temprana y tratamiento de la esquizofrenia y el Alzheimer.

La Tomografía por Emisión de Positrones consiste en obtener una imagen de los procesos fisiológicos del organismo para detectar patologías. A diferencia de la tomografía por resonancia magnética y computarizada, con las cuales se consiguen imágenes anatómicas y estáticas, el resultado es una representación metabólica y funcional de mayor exactitud.

Uno de los usos más comunes es la identificación y observación de los efectos del tratamiento en células cancerosas. Al paciente se le administra vía intravenosa una sustancia cuya estructura atómica ha sido modificada para emitir positrones. De esta forma, al entrar en interacción con los electrones, se generan 2 rayos gamma o fotones.

Para entender el funcionamiento del sistema PET, el doctor Aguilar explicó la manera en la que generalmente se encuentra estructurado: un anillo detector, un sistema de disparo y adquisición y un equipo de reconstrucción. El primero se conforma por un cristal centellador, fabricado con material de alta densidad, que produce fotones de baja energía, es decir, luz; el segundo, elaborado usualmente de silicio, se encarga de detectarla y traducirla a corriente eléctrica.

El sistema de disparo y adquisición recibe esas señales e identifica cuáles son válidas para, posteriormente, procesarlas en coordenadas X y Y. Por último, el equipo de reconstrucción trabaja la información mediante algoritmos y se obtiene una imagen metabólica del organismo.

MindView: retos y propuestas

Fruto de un trabajo colaborativo entre universidades, centros de investigación, empresas y hospitales europeos, el I3M coordina actualmente el proyecto MindView, un mecanismo con el cual se espera detectar de manera temprana el Alzheimer y la esquizofrenia para proponer un tratamiento.

El objetivo de conjugar un sistema PET con la resonancia magnética consiste, de acuerdo con el doctor Albert Aguilar, en localizar la parte exacta del cerebro donde se presenta la anomalía al tiempo que se obtienen los datos para un diagnóstico oportuno. De esta forma, se estarían realizando dos pruebas en una.

El ponente explicó que al tratarse de un proyecto de bajo costo, se utilizaron cristales monolíticos para el diseño del anillo detector en vez de pixelados, ya que, a pesar de ser los más usados en la industria, su precio es tres veces mayor. Confía en la experiencia que tiene el Instituto en Valencia para trabajar con ese tipo de cristales y en la elusión de pérdida de datos como ventaja principal.

En lo que respecta al sistema de adquisición de datos, se optó por el modo Lm que funciona con un algoritmo de Centro de Gravedad. Con él, se envía la información de las coordenadas y energía del impacto a una velocidad mayor sin requerir de mucho ancho de banda, a diferencia del modo RAW, con la desventaja de perder la coordenada Z—ligada a la energía del fotón absorbida y a la profundidad— e información del impacto que puede ser crucial para el diagnóstico.

Con el fin de encontrar soluciones a los problemas mencionados, el equipo PET del I3M se encuentra trabajando con sus colegas italianos. La utilización de una ecuación RTP (Rise the Power) para evitar la pérdida de datos y el empleo del método del máximo sobre la suma total (N/I) para calcular la coordenada Z son dos de las medidas propuestas hasta el momento.

Sin embargo, como el empleo de ambos casos conllevaría a un número mayor de cálculos, el riesgo de que el sistema colapse es latente. Para evitarlo, los investigadores plantearon como alternativa el aprovechamiento de ciertos datos obtenidos en operaciones previas a otras y así reducirlos a la mínima expresión.

A pesar de que aún restan muchos problemas por mitigar, el equipo ya hizo las primeras simulaciones tomando en consideración las propuestas y se obtuvieron resultados alentadores para continuar en este proyecto.

La maestra Norma Elva Chávez, coordinadora de Ingeniería en Computación, agradeció la colaboración establecida con el doctor Aguilar por el impacto e interés que esta línea de investigación genera en los estudiantes de la FI.