Sistemas de Captación y Archivo de Imágenes Digitales PDF

UT 10: SISTEMAS DE CAPTACIÓN Y ARCHIVO DE IMÁGENES DIGITALES ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. EL EQUIPO FOTOGRÁFICO 3. TÉCNICAS FOTOGRÁFICAS 3.1. MACROSCÓPICAS 3.2. MICROSCÓPICAS 3.3. ULTRAMICROSCÓPICAS 4. SISTEMAS DE CAPTACIÓN Y PROCESADO SISDE IMÁGENES DIGITALES 4.1. CÁMARAS FOTOGRÁFICAS 4.2. VIDEOCÁMAR...

UT 10: SISTEMAS DE CAPTACIÓN Y ARCHIVO DE IMÁGENES DIGITALES ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. EL EQUIPO FOTOGRÁFICO 3. TÉCNICAS FOTOGRÁFICAS 3.1. MACROSCÓPICAS 3.2. MICROSCÓPICAS 3.3. ULTRAMICROSCÓPICAS 4. SISTEMAS DE CAPTACIÓN Y PROCESADO SISDE IMÁGENES DIGITALES 4.1. CÁMARAS FOTOGRÁFICAS 4.2. VIDEOCÁMARAS DIGITALES 4.3. ESCÁNER DE PREPARACIONES 4.4. CAPTURA DE IMÁGENES EN MICROSCOPÍA 4.5. MEJORA DE LA CALIDAD DE LA IMAGEN 5. SISTEMAS DE ALMACENAJE DE LA IMAGEN 5.1. FORMATO DE LOS ARCHIVOS 6. TRANSFERENCIA DE IMÁGENES 7. TELEPATOLOGÍA ESTÁTICA 1. INTRODUCCIÓN La digitalización de imágenes en la práctica de la Anatomía Patológica tiene innumerables ventajas. Las imágenes digitales son fáciles de almacenar, de preservar, de duplicar o de copiar, pueden incluirse de forma sencilla en informes o presentaciones y pueden trasmitirse por líneas de transferencia de datos. Actualmente existen múltiples procedimientos para conseguir la digitalización de imágenes. Cada laboratorio de Anatomía Patológica tiene unos medios disponibles que podrán ser utilizados y adaptados para este fin. Los métodos que se utilicen variarán según las necesidades o el fin al que vayan destinadas las microfotografías, y según las disponibilidades presupuestarias del laboratorio. Existen 2 tipos de imágenes: IMAGEN ANALÓGICA: Formada por los fotones (papel fotográfico, óptica, etc.) IMAGEN DIGITAL: Formada por electrones. Requiere un procesado de la imagen de analógica a digital, transformando la señal de los fotones en voltaje (electrones). Se forman a partir de las analógicas. Todas las observaciones de muestras citológicas e histológicas se han capturado históricamente con las técnicas de fotografía y vídeo convencionales, estas técnicas están siendo desbancadas por las modernas técnicas de fotografía digital, las cuales son a su vez de mayor calidad que las fotografías convencionales. Hoy día, todas las imágenes obtenidas mediante un microscopio pueden ser capturadas con cámaras digitales, tanto en formato fotográfico como de video. Además, serán procesadas por programas especiales destinados a ese fin, por lo que el resultado es un aumento en los detalles de las muestras, unido a un aumento de la información que se puede obtener a partir de la esas imágenes. Las técnicas de microfotografía digital también incluyen las fotografías obtenidas por el ocular con los dispositivos móviles, los cuales incorporan cada vez mejores instrumentos fotográficos. Para ello, cada vez se comercializan más soportes ajustables a los microscopios para incorporar estos dispositivos. 2. EL EQUIPO FOTOGRÁFICO Los equipos fotográficos de los laboratorios, están compuestos por sistemas de captación de imágenes: cámaras fotográficas, videocámaras o escáner, así como fuentes de iluminación y todos sus soportes, y por un equipo informático (hardware) con los programas y aplicaciones necesarios (software). Dependiendo del laboratorio y las necesidades del mismo los equipos fotográficos contarán con una serie de elementos u otros. Laboratorios de Anatomía Patológica: Habrá buenos equipos fotográficos y con buen equipamiento de iluminación, como focos, trípodes, mamparas, etcétera; todo ello, con el objetivo de fotografiar los órganos y biopsias que lleguen al laboratorio con la mayor calidad posible. También contarán con buenos equipos para realizar microfotografías, para poder obtener imágenes de calidad de las muestras histológicas que se realicen; y por supuesto, todo el software necesario para mejorar la calidad de las imágenes tomadas. Laboratorio de Análisis clínico o citodiagnóstico: Principalmente se usará equipo para microfotografías, obtenidas de preparaciones microscópicas y ultramicroscópicas. 3. TÉCNICAS FOTOGRÁFICAS Las principales técnicas fotográficas que se utilizan en los laboratorios de análisis clínico y de anatomía patológica son la macroscopía, la microscopía y la ultramicroscopía. 3.1. MACROSCÓPICAS Se utilizan cámaras fotográficas digitales y cámaras de video que son las que actualmente se utilizan en la mayoría de los campos donde es necesaria la toma de imágenes para acompañar informes y definir correctamente el trabajo de investigación o documentación de estudios concretos. Se fotografían cuerpos, órganos y grandes objetos donde no es necesario utilizar lentes de aumento. 3.2. MICROSCÓPICAS Consisten en la obtención de imágenes digitales, ya sean inanimadas o en movimiento, de las diferentes preparaciones microscópicas que se realizan en los laboratorios. Estas fotografías muestran una imagen aumentada gracias a unas lentes aumentadoras colocadas en le microscopio. Muchos equipos microscópicos modernos llevan incorporado una cámara y un software que permite la visualizar directamente la imagen en una pantalla de ordenador en tiempo real, por lo que se pueden resaltar determinados detalles de la imagen mediante edición de imagen a la vez que se observa. directamente en un ordenador. obtención de imágenes directamente en un ordenador. 3.3. ULTRAMICROSCÓPICAS Las técnicas fotográficas ultramicroscópicas consisten en la obtención de imágenes animadas y/o inanimadas de las preparaciones microscópicas por debajo de 0,1 micrómetros de diámetro. Como en el caso anterior, la mayoría de estas imágenes se toman con equipos fotográficos y de grabación de imágenes incorporados en los propios ultramicroscopios que cuentan con software para la edición de la imagen en una pantalla. También se denomina ultramicroscopio a aquél que capta imágenes que el microscopio óptico de campo claro no capta, como algunas partículas. El microscopio de campo oscuro sí las capta, y es considerado ultramicroscopio por ello. 4. SISTEMAS DE CAPTACIÓN Y PROCESADO DE IMÁGENES DIGITALES Los sistemas de captación, procesado y archivo de imágenes digitales más comunes en los laboratorios de análisis clínico y de anatomía patológica son las cámaras fotográficas, las videocámaras digitales y los escáner de preparaciones. La imagen digital se compone de pequeñas unidades de información visual llamadas píxeles. Cuantos más píxeles hay en un área, mejor resolución tendrá la imagen. A mayor densidad de píxeles, mayor calidad de la imagen. La densidad de píxeles se mide en píxeles por pulgada (ppp o ppi en inglés), siendo la pulgada una unidad de superficie equivalente a 2,54 cm².  ELEMENTOS DE LAS CAMARAS FOTOGRAFICA: OBTURADOR: Elemento situado entre el objetivo y el sensor, que sirve para limitar el tiempo de exposición del sensor a la luz. Un tiempo de exposición alto significa que los fotones están incidiendo en el sensor mucho tiempo, por lo que una imagen en movimiento tomada con un tiempo de exposición alto saldrá borrosa. Los objetos poco iluminados u oscuros requerirán tiempos de exposición altos para poder recoger suficiente luz y formar una imagen. SENSOR: Es la parte de la cámara digital donde se forma la imagen captada por todo el mecanismo de lentes. Los fotones atraviesan la lente de la cámara e inciden en el sensor, el cual contiene un filtro RGB que transforma todas las longitudes de onda de la luz que procede del objeto en tres colores básicos: rojo, verde y azul (RGB). Los sensores más utilizados son los CCD (charge-coupled device) y los CMOS (complemetary metal-oxyde semiconductor), los cuales tienen una determinada área y cantidad de píxeles en los que incide la luz. Los fotones que inciden en los píxeles son transformados en una señal electrónica que será procesada en una señal o imagen digital en el procesador. La imagen formada en el procesador es la suma de toda la información aportada por todos y cada uno de los píxeles del sensor. PELÍCULA FOTOGRÁFICA (carrete): A diferencia de las digitales, las cámaras analógicas forman la imagen directamente de la luz que incide en una película con una sustancia fotosensible (bromuro de plata). Luego esa película es revelada. PROCESADOR: Es un elemento de gran importancia en las cámaras digitales, ya que es el sistema que permite procesar las imágenes de analógicas a digitales y transformarlas en información que se puede almacenar dentro de una tarjeta de memoria u otro soporte de memoria. 4.2. VIDEOCÁMARAS DIGITALES Las videocámaras digitales son instrumentos muy similares a las cámaras fotográficas. Poseen en la mayoría de casos las mismas lentes y componentes electrónicos, y del mismo modo que se pueden grabar vídeos con las cámaras fotográficas digitales, se pueden hacer fotografías con las videocámaras digitales. Varían principalmente en el diseño y algunas mecánicas, que permite a cada uno de estos instrumentos ser más eficiente en el desempeño para el que fue creado. Podría decirse que las imágenes en movimiento (videos) son una sucesión de fotografías en distintos instantes muy próximos entre sí, de manera que se aprecie una continuidad. En este sentido, un vídeo de 30 frames por segundo (fps) es un vídeo que muestra 30 fotos por segundo. Cuantas más fps tenga un video, más calidad tendrá éste y menos “saltos” presentará. https://www.youtube.com/watch?v=HQ4Tvm05860 4.3. ESCÁNER DE PREPARACIONES Son equipos que permiten digitalizar con una alta resolución todo tipo de preparaciones citológicas e histológicas. La base del funcionamiento es un escáner tipo: se emite luz sobre el objeto a fotografiar, la luz que lo atraviesa es recogida y reflejada por un espejo hacia un sensor CCD, este sensor transforma la señal luminosa en electrones. Los electrones son procesados en el procesador a una imagen digital que puede ser almacenada.  4.4. CAPTURA DE IMÁGENES EN MICROSCOPÍA Los sensores para captura de imágenes que más se utilizan en microscopia son: COUPLED CHARGE DEVICE (CCD): sensor receptor de fotones, habitualmente sensores de silicio. Cada píxel del sensor recoge la luz que le llega, la transforma en electrones y los conduce fuera del sensor, donde se transforman los electrones en voltaje (conversión de analógico a digital). Toda la información luminosa recogida por los píxeles es transformada a información digital fuera del sensor, en el procesador, donde se formará la imagen a partir de toda la información luminosa aportada por cada píxel. Es más sensible que CMOS, por lo que se obtienen mejores imágenes en condiciones de baja luminosidad, pero también consume más energía (se agotan antes las baterías). COMPLEMENTARY METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR (CMOS): Los píxeles de estos sensores captan la luz y además transforman la señal luminosa en digital en el mismo píxel, es decir, dentro del propio sensor. Estos sensores son menos sensibles, aunque consumen menos energía. 4.5. MEJORA DE LA CALIDAD DE LA IMAGEN El éxito para conseguir una imagen de alta calidad está en el momento de la captura de esa imagen. Poco se puede hacer en el procesado si la imagen no ha sido bien captada. Si una imagen ha sido tomada con baja calidad, podemos procesarla para mejorarla, pero sin muchas garantías de éxito. En el momento de la captura de la imagen debemos, primero, tener en cuenta los factores que dependen de nosotros: Calidad de la muestra. Corrección y calibrado de los instrumentos empleados: microscopio, cámara, etc. Buen enfoque (preparación del observador o fotógrafo). Tiempo de exposición: a mayor tiempo de exposición conseguiremos una mejor imagen, pero es bueno encontrar un equilibrio, puesto que podemos encontrar el efecto contrario al esperado. Se recomienda hacerlo siempre manualmente. Resaltar bien los detalles deseados en la precaptura (encuadre de la imagen, aumentos).  Aplicación de la luz adecuada, con los filtros correspondientes cuando haga falta, para mejorar el contraste. Adecuación del fondo (background) sobre el que está el objeto observado, como el brillo, impurezas que dificultan la localización del objeto, etc. La calidad del sistema de captura de la imagen depende de: El área del sensor y la óptica. Una razón señal/ruido baja, es decir, que el ruido de fondo (background) sea menor que la señal que se quiere observar. En el momento del procesado de la imagen existen programas informáticos con los que se puede: Eliminar el background. Realizar un balance de blancos: variar el contraste y el brillo. Realizar una gamma corrección: operación utilizada para codificar o decodificar la luminosidad. Podemos bajar o subir la luminosidad de zonas oscuras. Aplicar filtros digitales. 5. SISTEMAS DE ALMACENAJE DE LA IMAGEN Para almacenar una imagen existen varios sistemas. En un sistema de información binaria la información se puede almacenar en un sistema vectorial o por mapa de bits. En un sistema vectorial: Describe propiedades de la imagen, su forma, ubicación, etc. Corresponden con los formatos PDF, SVG, AI, EPS, PSD, etc. Tienen la propiedad de poder hacerse una gran ampliación de estas imágenes sin perder resolución en ningún momento. Son imágenes vectoriales y pueden magnificarse o reescalarse a nuestro antojo sin perder resolución o detalles en la imagen. En un sistema de mapa de bits: Describe elementos de la imagen en cuadros, es decir, píxeles (picture elements). Lo hace dividiendo la imagen en pequeños cuadrados; cuanto más cuadrados y más pequeños sean, mejor es la imagen. En este caso, si hacemos mucho zoom sobre una área de la imagen, a diferencia que en las imágenes vectoriales, la resolución y claridad de la imagen disminuye considerablemente. Una imagen se suele almacenar mediante los dos sistemas y se codifica mediante el byte. Un byte son 8 bits, siendo cada bit un dígito binario (0 o 1). 5.1. FORMATO DE LOS ARCHIVOS Los archivos de imagen más conocidos son: RAW: Es el formato de imagen que se obtiene del sensor digital de la cámara tal cual la recoge el sensor. La imagen sale en “crudo”, sin compresiones ni modificaciones. Con este formato no se produce pérdida de calidad de la imagen, pero el problema es que cada marca de cámara fotográfica digital tiene su propia versión de RAW, por lo que para poder visualizar la imagen hay que tener el software de la cámara con la que se ha hecho la fotografía. PSP o PSD: Es el formato que utilizan diferentes programas fotográficos básicos como el Photoshop, Paint Shop Pro, etc. Es de tipo vectorial, a diferencia del resto de formatos enumerados en esta lista. TAGGED IMAGE FILE FORMAT (TIFF): Es un formato de archivo con etiquetas para archivar información sobre las características de la imagen. Trabaja en escala de grises a alta resolución, por lo que los archivos son de gran tamaño y ocupan mucho espacio en las memorias JOINT PHOTOGRAPHIC EXPORTS GROUP (JPG/JPEG): Es un sistema de compresión de archivos fotográficos más grandes y que ocupan mucho tamaño (RAW, TIFF, etc.). Maneja muy bien el color. Es el que más se utiliza en la actualidad porque la calidad de las imágenes es buena y es un formato compatible con casi todos los sistemas operativos. COMPRESESIVE GIF (GIF): Sistema muy apropiado para guardar animaciones. Se utiliza mucho en la web porque comprime mucho las imágenes. El inconveniente es que reduce los colores de la imagen. WINDOWS BITMAP (BMPC): Para el sistema operativo Windows de Microsoft. Trabaja en blancos y negros y escala de grises. PNG: Sistema que se creó para solventar las limitaciones de color del sistema GIF, el inconveniente es que no soporta animaciones (no puede almacenar videos). 6. TRANSFERENCIA DE IMÁGENES A la hora de transferir imágenes se suele comprimir el archivo, pudiendo haber pérdida de datos en el proceso. Los nuevos sistemas de almacenaje en internet, que permiten compartir información, son una alternativa. En internet podemos contar con un espacio ilimitado de memoria para almacenar nuestras imágenes y poder compartirlas con facilidad. 7. TELEPATOLOGÍA ESTÁTICA Consiste en llevar a cabo la práctica de la patología a distancia. Se apoya en la transmisión de imágenes o videos de muestras patológicas para su correspondiente diagnóstico e interpretación, utilizando para ello vías de telecomunicación de todo tipo. Dentro de esta transmisión de información, también se incluye la transferencia de todos los datos que ayuden a la interpretación y diagnóstico de dichas muestras, por lo que también se debe incluir la historia clínica del paciente, los números de identificación, los datos del laboratorio, los resultados estadísticos, etcétera. Por la peculiaridad que presenta esta rama de la patología, se considera especialmente relevante que la persona encargada de seleccionar y transmitir las imágenes patológicas, así como toda la información necesaria, deba ser un patólogo competente y que además posea conocimientos básicos de informática (descargar o enviar imágenes y otros documentos). Pero además de para consultas y/o certificaciones de diagnósticos clínicos, también es importante señalar que la Telepatología se ha desarrollado mucho en el campo de la educación y de la investigación, ya que gracias a las vías y medios de telecomunicación existentes en la actualidad se puede asistir a conferencias de especialistas que se encuentran en el otro lado del mundo, o que dos investigadores pueden estar desarrollando un nuevo experimento de marcadores cancerígenos en un laboratorio de Estados Unidos y uno de ellos estar en su despacho en Alemania. Sin embargo, todo este amplio abanico de posibilidades que ofrece la Telepatología presenta un condicionante muy importante, el tiempo. Este es el gran reto en la actualidad. El tiempo de una consulta de Telepatología variará en función de: Tiempo de que disponga un patólogo Complejidad del caso Si la consulta por Telepatología se realiza utilizando cámaras de TV o cámaras digitales para la captura de imágenes, esa consulta debería durar como mucho una hora; mientras que si la consulta se realiza utilizando imágenes obtenidas mediante el escaneo de preparaciones, el tiempo puede prolongarse hasta las tres horas. La tendencia actual para ofrecer un servicio eficiente de Telepatología es el establecimiento de recepciones on-line de Telepatología donde hay un telepatólogo siempre disponible durante todos los días, las 24 horas del día; para ello, se utilizan sistemas de alerta que avisan al telepatólogo o telepatólogos de urgencias de la llegada de una nueva consulta, estableciéndose la conexión y realizando toda la evaluación y/o diagnóstico en los tiempos antes establecidos, de una a tres horas. Pues bien, esta es la gran revolución de la Telepatología estática, ya que con ella se han conseguido establecer diagnósticos certeros y certificados por otro profesional del mismo campo de la patología en tiempo récord, olvidando los sistemas obsoletos de envío de documentación y muestras vía postal que eternizaban las consultas patológicas y los tiempos de espera para la certificación de los diagnósticos. Las áreas de aplicación de la Telepatología estática son: Telepatología estática de forma certera: Patología Clínica, análisis de orina, hematología, banco de sangre, microbiología, citogenética, análisis de ADN. Anatomía Patológica: Citología, biopsias, autopsias, especímenes quirúrgicos, aspiraciones por aguja fina, diagnósticos de secciones por congelación. La Telepatología estática consigue tener interconectados a un gran número de especialistas en una patología concreta, por lo que toda la sociedad obtiene beneficios con ella, debido a que no solo se benefician los pacientes, que son los que mayor grado de beneficio directo obtienen, sino que se benefician los especialistas porque pueden compartir mucha más información. También, en menor medida, se beneficia la sociedad al completo, ya que los gastos sanitarios son mucho menores en comparación con las técnicas tradicionales. La Telepatología es una disciplina que requiere de buenos equipos de imagen (fotografía y vídeo) para poder ser eficiente y útil.