aplicación de imágenes médicas en biomecánica ortodóntica
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FACULTAD DE INGENIERIacuteA
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica
ortodoacutentica
Tesis para optar el Tiacutetulo de
Ingeniero Mecaacutenico - Eleacutectrico
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor
Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Piura julio de 2020
A Dios y a la Virgen Mariacutea por su infinita
misericordia
A mis padres Carlos y Flor mi hermano
Alexandro por su apoyo incondicional a lo
largo de mi vida
A mis amigos por no dejarme desistir y
animarme a continuar con esta
investigacioacuten
Resumen Analiacutetico-Informativo
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Palabras claves Imaacutegenes meacutedicasBiomecaacutenicaOrtodonciaSegmentacioacutenModelo CAD
Introduccioacuten La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica
de la odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales en las personas En sentido
de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir los tiempos de
los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra importancia la
aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
Metodologiacutea Se aplicoacute el uso de la tecnologiacutea CADCAE para la obtencioacuten de un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto a partir de un conjunto de imaacutegenes meacutedicas
obtenidas de un paciente en particular Haciendo uso del software Mimics se procedioacute a
segmentar las imaacutegenes meacutedicas obtenidas para finalmente aplicarle las propiedades
mecaacutenicas obtenidas de la bibliografiacutea consultada
Resultados El resultado principal de esta investigacioacuten es la obtencioacuten del modelo virtual
de una pieza dental y periodonto con la finalidad de poder realizar estudios con el mismo
Conclusiones El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM al ser un formato universal es
muy importante por su facilidad de procesamiento La obtencioacuten de un modelo virtual de un
tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los doctores para tener una mejor perspectiva de
la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico Como
recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual obtenido
para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en la salud bucal del paciente
Fecha de elaboracioacuten del resumen Julio de 2020
vi
Analytical-Informative Summary
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Keywords Medical imagingBiomechanicsOrthodonticsSegmentationCAD model
Introduction Orthodontics is often seen as an aesthetic specialty of dentistry however it
oversees the study diagnosis and treatment of anomalies and problems of the
dentomaxillofacial structures in people In the sense of this definition biomechanics seeks
to be a technical support to reduce the time of the studies and diagnosis in orthodontics
under this premise the application of medical images in this specialty becomes important
Methodology The use of CAD CAE technology was applied to obtain a virtual model of
a dental piece and its periodontium from a set of medical images obtained of a patient Using
the Mimics software the medical images obtained were segmented to finally apply the
mechanical properties obtained from the consulted bibliography
Results The main result of this investigation is the obtaining of the virtual model of a dental
piece and periodontium to be able to carry out studies with it
Conclusions The DICOM medical image format being a universal format is very
important for its easy of processing Obtaining a virtual model of a patients tissue and or
organ helps doctors to have a better perspective of the surgery and or treatment that will be
performed According to the references found from similar cases it establishes the use of
the finite element method (MEF) to reproduce clinical situations and even to establish an
orthodontic treatment plan As a main recommendation of this research it would be to work
with the virtual model obtained for a subsequent study of the effects that orthodontics cause
on the patients oral health
Summary date July 2020
Prefacio
La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica de la
odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales de los pacientes
En sentido de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir
los tiempos de los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra
importancia la aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
El teacutermino imaacutegenes meacutedicas se define como las imaacutegenes del cuerpo humano obtenidas
con la finalidad de examinar o revelar enfermedades de igual manera se utiliza para el
estudio del cuerpo humano y su funcionalidad
La tecnologiacutea CADCAE es un gran soporte para el procesamiento de las imaacutegenes
meacutedicas en varias disciplinas de la medicina Este trabajo pretende presentar un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto para ilustrar mejor esta metodologiacutea se aplicaraacute a
un caso particular de un paciente especiacutefico
Tabla de contenido
Introduccioacuten 1
Capiacutetulo 1 Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas 3
11 Consideraciones generales 4
12 Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 5
13 Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 17
131 Rayos X 17
1311 Efectos 18
1312 Contraindicaciones y riesgos 18
132 Ultrasonido 18
133 Tomografiacutea computarizada 20
134 Resonancia magneacutetica 20
14 Estaacutendar DICOM 21
Capiacutetulo 2 Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas 23
21 Imagen meacutedica digital 24
211 Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales 25
2111 Captura de imaacutegenes 25
2112 Representacioacuten de imaacutegenes 25
2113 Histograma de imagen 27
22 Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas 30
23 Procesamiento de imaacutegenes 32
231 Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen 32
2311 Histograma de una imagen 32
2312 Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste 33
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
A Dios y a la Virgen Mariacutea por su infinita
misericordia
A mis padres Carlos y Flor mi hermano
Alexandro por su apoyo incondicional a lo
largo de mi vida
A mis amigos por no dejarme desistir y
animarme a continuar con esta
investigacioacuten
Resumen Analiacutetico-Informativo
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Palabras claves Imaacutegenes meacutedicasBiomecaacutenicaOrtodonciaSegmentacioacutenModelo CAD
Introduccioacuten La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica
de la odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales en las personas En sentido
de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir los tiempos de
los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra importancia la
aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
Metodologiacutea Se aplicoacute el uso de la tecnologiacutea CADCAE para la obtencioacuten de un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto a partir de un conjunto de imaacutegenes meacutedicas
obtenidas de un paciente en particular Haciendo uso del software Mimics se procedioacute a
segmentar las imaacutegenes meacutedicas obtenidas para finalmente aplicarle las propiedades
mecaacutenicas obtenidas de la bibliografiacutea consultada
Resultados El resultado principal de esta investigacioacuten es la obtencioacuten del modelo virtual
de una pieza dental y periodonto con la finalidad de poder realizar estudios con el mismo
Conclusiones El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM al ser un formato universal es
muy importante por su facilidad de procesamiento La obtencioacuten de un modelo virtual de un
tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los doctores para tener una mejor perspectiva de
la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico Como
recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual obtenido
para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en la salud bucal del paciente
Fecha de elaboracioacuten del resumen Julio de 2020
vi
Analytical-Informative Summary
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Keywords Medical imagingBiomechanicsOrthodonticsSegmentationCAD model
Introduction Orthodontics is often seen as an aesthetic specialty of dentistry however it
oversees the study diagnosis and treatment of anomalies and problems of the
dentomaxillofacial structures in people In the sense of this definition biomechanics seeks
to be a technical support to reduce the time of the studies and diagnosis in orthodontics
under this premise the application of medical images in this specialty becomes important
Methodology The use of CAD CAE technology was applied to obtain a virtual model of
a dental piece and its periodontium from a set of medical images obtained of a patient Using
the Mimics software the medical images obtained were segmented to finally apply the
mechanical properties obtained from the consulted bibliography
Results The main result of this investigation is the obtaining of the virtual model of a dental
piece and periodontium to be able to carry out studies with it
Conclusions The DICOM medical image format being a universal format is very
important for its easy of processing Obtaining a virtual model of a patients tissue and or
organ helps doctors to have a better perspective of the surgery and or treatment that will be
performed According to the references found from similar cases it establishes the use of
the finite element method (MEF) to reproduce clinical situations and even to establish an
orthodontic treatment plan As a main recommendation of this research it would be to work
with the virtual model obtained for a subsequent study of the effects that orthodontics cause
on the patients oral health
Summary date July 2020
Prefacio
La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica de la
odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales de los pacientes
En sentido de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir
los tiempos de los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra
importancia la aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
El teacutermino imaacutegenes meacutedicas se define como las imaacutegenes del cuerpo humano obtenidas
con la finalidad de examinar o revelar enfermedades de igual manera se utiliza para el
estudio del cuerpo humano y su funcionalidad
La tecnologiacutea CADCAE es un gran soporte para el procesamiento de las imaacutegenes
meacutedicas en varias disciplinas de la medicina Este trabajo pretende presentar un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto para ilustrar mejor esta metodologiacutea se aplicaraacute a
un caso particular de un paciente especiacutefico
Tabla de contenido
Introduccioacuten 1
Capiacutetulo 1 Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas 3
11 Consideraciones generales 4
12 Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 5
13 Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 17
131 Rayos X 17
1311 Efectos 18
1312 Contraindicaciones y riesgos 18
132 Ultrasonido 18
133 Tomografiacutea computarizada 20
134 Resonancia magneacutetica 20
14 Estaacutendar DICOM 21
Capiacutetulo 2 Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas 23
21 Imagen meacutedica digital 24
211 Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales 25
2111 Captura de imaacutegenes 25
2112 Representacioacuten de imaacutegenes 25
2113 Histograma de imagen 27
22 Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas 30
23 Procesamiento de imaacutegenes 32
231 Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen 32
2311 Histograma de una imagen 32
2312 Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste 33
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
Resumen Analiacutetico-Informativo
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Palabras claves Imaacutegenes meacutedicasBiomecaacutenicaOrtodonciaSegmentacioacutenModelo CAD
Introduccioacuten La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica
de la odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales en las personas En sentido
de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir los tiempos de
los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra importancia la
aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
Metodologiacutea Se aplicoacute el uso de la tecnologiacutea CADCAE para la obtencioacuten de un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto a partir de un conjunto de imaacutegenes meacutedicas
obtenidas de un paciente en particular Haciendo uso del software Mimics se procedioacute a
segmentar las imaacutegenes meacutedicas obtenidas para finalmente aplicarle las propiedades
mecaacutenicas obtenidas de la bibliografiacutea consultada
Resultados El resultado principal de esta investigacioacuten es la obtencioacuten del modelo virtual
de una pieza dental y periodonto con la finalidad de poder realizar estudios con el mismo
Conclusiones El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM al ser un formato universal es
muy importante por su facilidad de procesamiento La obtencioacuten de un modelo virtual de un
tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los doctores para tener una mejor perspectiva de
la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico Como
recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual obtenido
para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en la salud bucal del paciente
Fecha de elaboracioacuten del resumen Julio de 2020
vi
Analytical-Informative Summary
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Keywords Medical imagingBiomechanicsOrthodonticsSegmentationCAD model
Introduction Orthodontics is often seen as an aesthetic specialty of dentistry however it
oversees the study diagnosis and treatment of anomalies and problems of the
dentomaxillofacial structures in people In the sense of this definition biomechanics seeks
to be a technical support to reduce the time of the studies and diagnosis in orthodontics
under this premise the application of medical images in this specialty becomes important
Methodology The use of CAD CAE technology was applied to obtain a virtual model of
a dental piece and its periodontium from a set of medical images obtained of a patient Using
the Mimics software the medical images obtained were segmented to finally apply the
mechanical properties obtained from the consulted bibliography
Results The main result of this investigation is the obtaining of the virtual model of a dental
piece and periodontium to be able to carry out studies with it
Conclusions The DICOM medical image format being a universal format is very
important for its easy of processing Obtaining a virtual model of a patients tissue and or
organ helps doctors to have a better perspective of the surgery and or treatment that will be
performed According to the references found from similar cases it establishes the use of
the finite element method (MEF) to reproduce clinical situations and even to establish an
orthodontic treatment plan As a main recommendation of this research it would be to work
with the virtual model obtained for a subsequent study of the effects that orthodontics cause
on the patients oral health
Summary date July 2020
Prefacio
La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica de la
odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales de los pacientes
En sentido de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir
los tiempos de los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra
importancia la aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
El teacutermino imaacutegenes meacutedicas se define como las imaacutegenes del cuerpo humano obtenidas
con la finalidad de examinar o revelar enfermedades de igual manera se utiliza para el
estudio del cuerpo humano y su funcionalidad
La tecnologiacutea CADCAE es un gran soporte para el procesamiento de las imaacutegenes
meacutedicas en varias disciplinas de la medicina Este trabajo pretende presentar un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto para ilustrar mejor esta metodologiacutea se aplicaraacute a
un caso particular de un paciente especiacutefico
Tabla de contenido
Introduccioacuten 1
Capiacutetulo 1 Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas 3
11 Consideraciones generales 4
12 Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 5
13 Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 17
131 Rayos X 17
1311 Efectos 18
1312 Contraindicaciones y riesgos 18
132 Ultrasonido 18
133 Tomografiacutea computarizada 20
134 Resonancia magneacutetica 20
14 Estaacutendar DICOM 21
Capiacutetulo 2 Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas 23
21 Imagen meacutedica digital 24
211 Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales 25
2111 Captura de imaacutegenes 25
2112 Representacioacuten de imaacutegenes 25
2113 Histograma de imagen 27
22 Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas 30
23 Procesamiento de imaacutegenes 32
231 Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen 32
2311 Histograma de una imagen 32
2312 Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste 33
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
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vi
Analytical-Informative Summary
Aplicacioacuten de imaacutegenes meacutedicas en biomecaacutenica ortodoacutentica
Irvin Anderson Castillo Ruiz
Asesor Dr Ing Carlos Jahel Ojeda Diacuteaz
Tesis
Tiacutetulo profesional de Ingeniero Mecaacutenico-Eleacutectrico
Universidad de Piura Facultad de Ingenieriacutea
Piura Julio de 2020
Keywords Medical imagingBiomechanicsOrthodonticsSegmentationCAD model
Introduction Orthodontics is often seen as an aesthetic specialty of dentistry however it
oversees the study diagnosis and treatment of anomalies and problems of the
dentomaxillofacial structures in people In the sense of this definition biomechanics seeks
to be a technical support to reduce the time of the studies and diagnosis in orthodontics
under this premise the application of medical images in this specialty becomes important
Methodology The use of CAD CAE technology was applied to obtain a virtual model of
a dental piece and its periodontium from a set of medical images obtained of a patient Using
the Mimics software the medical images obtained were segmented to finally apply the
mechanical properties obtained from the consulted bibliography
Results The main result of this investigation is the obtaining of the virtual model of a dental
piece and periodontium to be able to carry out studies with it
Conclusions The DICOM medical image format being a universal format is very
important for its easy of processing Obtaining a virtual model of a patients tissue and or
organ helps doctors to have a better perspective of the surgery and or treatment that will be
performed According to the references found from similar cases it establishes the use of
the finite element method (MEF) to reproduce clinical situations and even to establish an
orthodontic treatment plan As a main recommendation of this research it would be to work
with the virtual model obtained for a subsequent study of the effects that orthodontics cause
on the patients oral health
Summary date July 2020
Prefacio
La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica de la
odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales de los pacientes
En sentido de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir
los tiempos de los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra
importancia la aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
El teacutermino imaacutegenes meacutedicas se define como las imaacutegenes del cuerpo humano obtenidas
con la finalidad de examinar o revelar enfermedades de igual manera se utiliza para el
estudio del cuerpo humano y su funcionalidad
La tecnologiacutea CADCAE es un gran soporte para el procesamiento de las imaacutegenes
meacutedicas en varias disciplinas de la medicina Este trabajo pretende presentar un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto para ilustrar mejor esta metodologiacutea se aplicaraacute a
un caso particular de un paciente especiacutefico
Tabla de contenido
Introduccioacuten 1
Capiacutetulo 1 Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas 3
11 Consideraciones generales 4
12 Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 5
13 Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 17
131 Rayos X 17
1311 Efectos 18
1312 Contraindicaciones y riesgos 18
132 Ultrasonido 18
133 Tomografiacutea computarizada 20
134 Resonancia magneacutetica 20
14 Estaacutendar DICOM 21
Capiacutetulo 2 Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas 23
21 Imagen meacutedica digital 24
211 Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales 25
2111 Captura de imaacutegenes 25
2112 Representacioacuten de imaacutegenes 25
2113 Histograma de imagen 27
22 Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas 30
23 Procesamiento de imaacutegenes 32
231 Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen 32
2311 Histograma de una imagen 32
2312 Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste 33
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
Prefacio
La ortodoncia en muchas ocasiones es vista como una especialidad esteacutetica de la
odontologiacutea sin embargo es la encargada del estudio diagnoacutestico y tratamiento de
anomaliacuteas y problemas de las estructuras dentomaxilofaciales de los pacientes
En sentido de esta definicioacuten la biomecaacutenica busca ser un soporte teacutecnico para reducir
los tiempos de los estudios y diagnoacutestico en la ortodoncia bajo esta premisa cobra
importancia la aplicacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas en esta especialidad
El teacutermino imaacutegenes meacutedicas se define como las imaacutegenes del cuerpo humano obtenidas
con la finalidad de examinar o revelar enfermedades de igual manera se utiliza para el
estudio del cuerpo humano y su funcionalidad
La tecnologiacutea CADCAE es un gran soporte para el procesamiento de las imaacutegenes
meacutedicas en varias disciplinas de la medicina Este trabajo pretende presentar un modelo
virtual de una pieza dental y periodonto para ilustrar mejor esta metodologiacutea se aplicaraacute a
un caso particular de un paciente especiacutefico
Tabla de contenido
Introduccioacuten 1
Capiacutetulo 1 Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas 3
11 Consideraciones generales 4
12 Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 5
13 Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 17
131 Rayos X 17
1311 Efectos 18
1312 Contraindicaciones y riesgos 18
132 Ultrasonido 18
133 Tomografiacutea computarizada 20
134 Resonancia magneacutetica 20
14 Estaacutendar DICOM 21
Capiacutetulo 2 Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas 23
21 Imagen meacutedica digital 24
211 Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales 25
2111 Captura de imaacutegenes 25
2112 Representacioacuten de imaacutegenes 25
2113 Histograma de imagen 27
22 Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas 30
23 Procesamiento de imaacutegenes 32
231 Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen 32
2311 Histograma de una imagen 32
2312 Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste 33
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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55 Proffit W R Fields H W amp Sarver D M (2014) Ortodoncia contemporaacutenea
SA Elsevier Espantildea
56 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C amp MnCollough C (2008) Tomografiacutea
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57 Raudales Diacuteaz I (2014) Imaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidades Revista
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58 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S amp Vicentini Jorente M (2016)
Representacioacuten conceptual de imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto
y Contenido Visual Revista General de Informacioacuten y Documentacioacuten
59 Segura A Saez-Fernaacutendez A Rodrigo-Lorenzo A amp Diacuteaz-Rodriacuteguez N (2014)
Introduccioacuten a la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacutefico
Semergen 40(1) 42-46
60 Selman J (2004) Aplicaciones cliacutenicas del procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
61 Smit T H amp Burger E H (2000) Is BMU-Coupling a Strain Regulated
Phenomenon A Finite Elements Analysis Journal of bone and mineral research
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Enfaacutesis en biomecaacutenica Medelliacuten Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
68 Van Tiggelen R (2012) Contributions of radiology to surgery A history older than
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72 Wise GE K G (2008) Mechanisms of tooth eruption and orthodontic tooth
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73 Yang C (2004) Content ndash based image retrieval a comparison between query by
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74 Zioupos P (2001) Ageing human bone Factors affecting its biomechanical
properties and the role of collagen J Biomater Appl 15 187-229
Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
Tabla de contenido
Introduccioacuten 1
Capiacutetulo 1 Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas 3
11 Consideraciones generales 4
12 Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 5
13 Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas 17
131 Rayos X 17
1311 Efectos 18
1312 Contraindicaciones y riesgos 18
132 Ultrasonido 18
133 Tomografiacutea computarizada 20
134 Resonancia magneacutetica 20
14 Estaacutendar DICOM 21
Capiacutetulo 2 Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas 23
21 Imagen meacutedica digital 24
211 Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales 25
2111 Captura de imaacutegenes 25
2112 Representacioacuten de imaacutegenes 25
2113 Histograma de imagen 27
22 Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas 30
23 Procesamiento de imaacutegenes 32
231 Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen 32
2311 Histograma de una imagen 32
2312 Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste 33
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
x
2313 Perfil en una imagen 37
2314 Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor 37
232 Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen 37
2321 Convolucioacuten 37
2322 Filtraje no lineal de la imagen 38
2323 Deteccioacuten del contorno 40
2324 Segmentacioacuten 41
24 Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 42
241 Caracteriacutesticas cromaacuteticas 43
242 Caracteriacutesticas de textura 43
243 Caracteriacutesticas de forma 44
25 Postproceso de imaacutegenes meacutedicas 44
251 Postproceso morfoloacutegico 44
252 Postproceso funcional 45
253 Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen 45
26 Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 45
Capiacutetulo 3 Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia 47
31 Definicioacuten de Ortodoncia 47
32 Historia y evolucioacuten de la ortodoncia 47
321 Edward Hartley Angle 49
322 Clasificacioacuten de maloclusiones 50
3221 Maloclusioacuten clase I 50
3222 Maloclusioacuten clase II 51
3223 Maloclusioacuten clase III 51
323 Aparatologiacutea de Angle 52
3231 El arco E (1890) 52
3232 El aparato pin y tubo (1911) 53
3233 El aparato arco cinta (1913) 53
3234 El arco de canto (1928) 54
3235 Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro 54
324 Aparatologiacutea moderna 55
3241 Auxiliares de cementado 55
3242 Pinzas para sostener alambres 55
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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59 Segura A Saez-Fernaacutendez A Rodrigo-Lorenzo A amp Diacuteaz-Rodriacuteguez N (2014)
Introduccioacuten a la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacutefico
Semergen 40(1) 42-46
60 Selman J (2004) Aplicaciones cliacutenicas del procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
61 Smit T H amp Burger E H (2000) Is BMU-Coupling a Strain Regulated
Phenomenon A Finite Elements Analysis Journal of bone and mineral research
15 301-7
62 Soffia P (2000) Historiacutea de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea
Axial Computada Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120-125
63 Torres M (Enero de 2014) Perspectiva histoacuterica de la filosofiacutea Tweed-Merrifield
Ciudad Universitaria Venezuela Universidad Central de Venezuela
64 TSID (Mayo de 2001) TSIDnet Obtenido de
httpwwwtsidnettacfundamentoshtm
109
65 Udupa J Odhner D amp otros y (1993) The 3DVIEWNIX software system user
manual USA Medical Image Group University of Pennsylvania Technical Report
No MIPG203
66 Uribe Restrepo G A (2010) Ortodoncia teoriacutea y cliacutenica Medelliacuten Corporacioacuten
para Investigacioacuten Bioloacutegicas
67 Uribe Restrepo G A amp Uribe Trespalacios P (2019) Ortodoncia Teoriacutea y cliacutenica
Enfaacutesis en biomecaacutenica Medelliacuten Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
68 Van Tiggelen R (2012) Contributions of radiology to surgery A history older than
a century Sci Med 46(2) 175-181
69 Vellini F (2002) Ortodoncia Diagnoacutestico y planificacioacuten cliacutenica Madrid Amolca
70 Vives Iglesias A (2007) Ultrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las
competencias profesionales Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1-16
71 Wikipedia (25 de Octubre de 2019) InVesalius Obtenido de
httpsenwikipediaorgwikiInVesalius
72 Wise GE K G (2008) Mechanisms of tooth eruption and orthodontic tooth
movement J Dent Res 87(5) 414-34
73 Yang C (2004) Content ndash based image retrieval a comparison between query by
example and image browsing map approaches Journal of information Science
3(30) 254 ndash 267
74 Zioupos P (2001) Ageing human bone Factors affecting its biomechanical
properties and the role of collagen J Biomater Appl 15 187-229
Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
xi
3243 Pinzas para doblar y contornear alambres 56
3244 Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas 58
3245 Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas 59
3246 Pinzas para amarrar ligaduras 59
3247 Pinzas para retirar brackets y bandas 59
33 Ortodoncia en el Peruacute 60
331 Sociedad Peruana de Ortodoncia 60
34 Tipos de ortodoncia 60
341 Ortodoncia removible 60
342 Ortodoncia fija 61
35 Brackets 61
351 Brackets labiales 61
352 Brackets linguales 63
36 Mecanobiologiacutea de tejidos 63
361 Tejidos blandos 64
362 Tejidos duros 66
3621 Hueso trabecular 67
3622 Hueso cortical 68
37 Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia 69
371 Fases del remodelado oacuteseo 69
3711 Fase I 69
3712 Fase II 69
3713 Fase III y IV 70
38 Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental 70
39 Ligamento periodontal o periodonto (LPD) 70
391 Estructura 70
392 Respuesta en condiciones normales 71
393 Respuesta a fuerzas mantenidas 71
3931 Control bioloacutegico del movimiento dental 71
Electricidad bioloacutegica 72
3932 Efectos de la fuerza sobre el LPD 73
310 Definicioacuten de biomecaacutenica 74
311 Conceptos baacutesicos de mecaacutenica 75
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
Referencias bibliograacuteficas
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
xii
312 Biomecaacutenica en ortodoncia 79
3121 Tipos de movimiento dental 79
31211 Movimiento de inclinacioacuten no controlado 80
31212 Movimiento de inclinacioacuten controlado 80
31213 Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten 81
31214 Movimiento radicular 82
3122 Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia 83
31221 Modelo teoacuterico de Burstone 83
Capiacutetulo 4 Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado 85
41 Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas 85
411 InVesalius 85
412 Materialise Mimics 86
42 Caso particular 87
43 Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas 88
431 Proceso de segmentacioacuten 88
44 Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 99
Conclusiones 103
Referencias bibliograacuteficas 105
Anexos 111
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic 113
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
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tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
Lista de tablas
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad 26
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM 31
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones 52
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos 62
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental 65
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical 69
Tabla 7 Respuesta del LPD 71
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 74
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas 83
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM 87
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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61 Smit T H amp Burger E H (2000) Is BMU-Coupling a Strain Regulated
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Enfaacutesis en biomecaacutenica Medelliacuten Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
68 Van Tiggelen R (2012) Contributions of radiology to surgery A history older than
a century Sci Med 46(2) 175-181
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72 Wise GE K G (2008) Mechanisms of tooth eruption and orthodontic tooth
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74 Zioupos P (2001) Ageing human bone Factors affecting its biomechanical
properties and the role of collagen J Biomater Appl 15 187-229
Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
Lista de figuras
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
6
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing 9
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939) 11
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares 11
Figura 5 John Wild 12
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de 1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
12
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en 1979 a) Allan Cormack
b) Godfrey Houndsfield 14
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa 15
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina en el 2003 a) Paul
Lauterbur b) Peter Mansfield 16
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual 17
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM 22
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de
imaacutegenes 23
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c)
50x50 d) 25x25 28
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen 29
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64 33
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
xvi
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la
imagen c) cambio en el nivel de brillo 35
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten de la
imagen c) realce de contraste 36
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen contaminada con
ruido c) Imagen procesada con filtro promediador 39
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen contaminada con ruido
impulsivo c) imagen procesada con un filtro de mediana 39
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c) realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la imagen obtenida en d 40
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original correspondiente a una
ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten obtenida mediante un umbral d) forma del
ventriacuteculo obtenida luego de eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c 42
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen 43
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia 48
Figura 24 Bandeau de Fauchard 48
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle 49
Figura 26 Maloclusioacuten clase I 51
Figura 27 Maloclusioacuten clase II 51
Figura 28 Maloclusioacuten clase III 51
Figura 29 Arco E 53
Figura 30 Aparato pin y tubo 53
Figura 31 Aparato arco cinta 54
Figura 32 Arco de canto 54
Figura 33 Alicate de Angle 55
Figura 34 Alicate de How 55
Figura 35 Alicate Weingart 56
Figura 36 Alicate Cinch Back 56
Figura 37 Quadhelix 57
Figura 38 Alicate de Jarabak 57
Figura 39 Alicate escalera 57
xvii
Figura 40 Alicate Bayoneta 58
Figura 41 Alicate de corte distal con agarre 58
Figura 42 Ligadura metaacutelica conformada 59
Figura 43 Pinza para sacar brackets 59
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible 61
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales 61
Figura 46 Brackets metaacutelicos 62
Figura 47 Brackets ceraacutemicos 63
Figura 48 Brackets linguales 63
Figura 49 Pulpa dentaria 64
Figura 50 Tejidos del diente 65
Figura 51 Tejidos duros del diente 66
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de hueso vivo bajo
el meacutetodo de elementos finitos 67
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la investigacioacuten 68
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica 72
Figura 55 Experimento en un animal 73
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia 75
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia 77
Figura 58 Propiedades de la fuerza 78
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia 78
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular 79
Figura 61 Movimiento dental no controlado 80
Figura 62 Movimiento dental controlado 81
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten 81
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten 82
Figura 65 Movimiento radicular 82
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius 86
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics 87
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de modelo 3D en Mimics 88
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente 89
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM 90
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM 90
xviii
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten 91
Figura 73 Interfaz del programa 91
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding 92
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes 92
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes 93
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks 93
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior 94
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit 95
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes) 95
Figura 81 Modelo del diente 96
Figura 82 Modelo del diente y hueso 96
Figura 83 Obtencioacuten del hueso 97
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal 98
Figura 85 Modelo final en Mimics 98
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic 99
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente 100
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales 100
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido 101
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas 101
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior 102
Introduccioacuten
Las imaacutegenes meacutedicas han tomado importancia en las uacuteltimas deacutecadas debido a los
grandes avances tecnoloacutegicos que facilitan su procesamiento Los equipos utilizados para la
obtencioacuten de las imaacutegenes son compatibles con softwares de computadora que ayudan a
crear un archivo digital de estas sin necesidad de rigurosos procesos
En la ortodoncia moderna se estaacute utilizando con maacutes frecuencia las imaacutegenes meacutedicas de
los pacientes para la realizacioacuten de un diagnoacutestico del tratamiento a seguir de igual manera
detectar el tipo de maloclusioacuten presente
Este trabajo estaacute orientado a la obtencioacuten de un modelo virtual de un diente y su
periodonto haciendo uso de la tecnologiacutea CADCAE para procesar las imaacutegenes
tomograacuteficas en formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
En la primera parte se presentaraacute el estado de arte de las imaacutegenes meacutedicas historia las
nuevas tecnologiacuteas utilizadas en la obtencioacuten y post procesamiento de estas
En el segundo capiacutetulo se explicaraacute los principales fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos
usados en la obtencioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
Como tercera parte se trataraacute la biomecaacutenica en la ortodoncia asiacute como parte de su
historia y avances tecnoloacutegicos utilizados en el tratamiento ortodoacutentico
Finalmente se detallaraacute el proceso utilizado con las imaacutegenes meacutedicas para la obtencioacuten
del modelo virtual(diente-periodonto) mostrando dicho modelo y las propiedades mecaacutenicas
asignadas a cada una de las partes
Capiacutetulo 1
Estado del arte de las imaacutegenes meacutedicas
Desde el descubrimiento de los Rayos X el diagnoacutestico por imagen ha sido para la
medicina una gran ayuda para el establecimiento del diagnoacutestico de los pacientes Con el
avance de las tecnologiacuteas y el desarrollo de nuevos equipos para la obtencioacuten de imaacutegenes
meacutedicas el cliacutenico tiene a su alcance una gran cantidad de datos que le sirven de apoyo a
la hora de establecer los diagnoacutesticos1
El amplio uso de las imaacutegenes meacutedicas debido a su considerable reduccioacuten del costo
del procesamiento digital de alta capacidad hace indispensable la familiarizacioacuten del
meacutedico con los meacutetodos y sistemas que le permitiraacuten analizar y manejar esta gran cantidad
de informacioacuten de una manera raacutepida y eficiente la llegada de los sistemas CAD a los
hospitales y centros meacutedicos en general es lenta pues en ocasiones supone un
importante esfuerzo de aprendizaje por parte de los meacutedicos especialistas al no contar con
herramienta software accesible mediante una interfaz de sencilla de comunicacioacuten234
1 Pereira J Fernaacutendez M Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Naya J ldquoCaptura de datos e imaacutegenes meacutedicas
generadas por equipos de diagnoacutestico por imagen Disentildeo del Interfacerdquo Laboratorio de Imagen Meacutedica y
Diagnoacutestica Radioloacutegica Universidad La Coruntildea Paacuteg 89 ndash 114 2 Universidad de Granada ldquoAnexo 1 Requerimientos de la herramienta para el estudio de imaacutegenes
meacutedicasrdquo Extraiacutedo de httpswwwugres~scgpPERFIL11SERVICNEGOCFC-1-11-SERV-
DESARROLLO-PLATAFORMA-SOFTWARE-IMAGENES-MEDICAS-DPTO-TEORIA-
SED1ALFC-1-11-PPTECNICASpdf el diacutea 26 de febrero del 2020 3 Selman J (2004) ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo Vol 15(2) 4 Centro de Apoyo a la Innovacioacuten Tecnoloacutegica (CAIT) (2015) ldquoImagen meacutedica Informe de vigilancia
tecnoloacutegicardquo Universidad Politeacutecnica de Madrid
4
En este capiacutetulo se pretende hacer una revisioacuten bibliograacutefica sobre el desarrollo de la
tecnologiacutea involucrada en las imaacutegenes meacutedicas con el objetivo de conocer que se ha
desarrollado y hacia doacutende se dirigen las nuevas investigaciones respecto a esta temaacutetica
11Consideraciones generales
Se denominan imaacutegenes meacutedicas al conjunto de estudios que mediante la tecnologiacutea
obtienen y procesan imaacutegenes del cuerpo humano Su principal funcioacuten es proporcionar
al meacutedico informacioacuten necesaria para hacer un diagnoacutestico del paciente y asiacute valorar su
respuesta al tratamiento5
Actualmente los estudios por imagen empleados con mayor frecuencia son los rayos
X el ultrasonido la tomografiacutea computarizada (TC) y la resonancia magneacutetica (RM)
Obtener imaacutegenes meacutedicas seguacuten Restrepo (1998) consiste en capturar una imagen
electroacutenicamente convertirla a datos numeacutericos almacenarla recuperarla manipularla e
imprimirla
En primer lugar hace falta digitalizar por ejemplo las peliacuteculas de rayos X El
dispositivo encargado de este procedimiento se conoce como digitalizador el cual es un
escaacutener de alta calidad En otros casos como en la resonancia magneacutetica o el ultrasonido
la digitalizacioacuten consiste en convertir varias medidas loacutegicas a partir de anaacutelisis numeacuterico
Se pueden obtener imaacutegenes digitales con caacutemaras de video o con caacutemaras CCD
(Charge Couple Device)
Posteriormente para visualizarlas hace falta desplegar la imagen digital en un monitor
de computador por lo general una pantalla de TV
Los monitores de las computadoras producen imaacutegenes de mayor calidad que una
pantalla de televisioacuten sin embargo es la tarjeta de video la que proporciona tal calidad
Los paraacutemetros que influyen en la misma son el tamantildeo del piacutexel el color y la tasa de
refrescamiento
Actualmente enfocados en los objetivos de las imaacutegenes meacutedicas (diagnoacutestico y
tratamiento) se plantea mejorar la calidad de las imaacutegenes es decir mejorar el contraste
de la imagen original a traveacutes de ecuaciones o algoritmos para mejorar la nitidez en cuanto
5 Raudales Diacuteaz I (2014) ldquoImaacutegenes diagnoacutesticas conceptos y generalidadesrdquo Revista de la Facultad de
Ciencia Meacutedica Paacuteg 35 ndash 43
5
a la gama de colores para sentildealar partes afectadas que no se visualizaban en blanco y
negro o para definir los bordes de las imaacutegenes Por otra parte debe cuidarse el peso de
los archivos obtenidos y comprimir los mismos ya sea sin peacuterdida de la imagen original
o asumiendo peacuterdida de detalles aunque sean miacutenimos
Por todo lo descrito anteriormente Restrepo (1998) concluye en su artiacuteculo
ldquoProcesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo que es importante tener imaacutegenes meacutedicas
confiables para realizar diagnoacutesticos con alto grado de certidumbre
12Historia y evolucioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
La medicina como el resto de las actividades humanas se ha visto fuertemente
influenciada por la investigacioacuten lo que ha permitido que se consolide como una
disciplina maacutes cientiacutefica y con gran utilizacioacuten de la tecnologiacutea
Hace un poco maacutes de cien antildeos que se descubrioacute coacutemo hacer una imagen del cuerpo
humano combinando la fotografiacutea con los rayos X
Precisamente Selman (2004) en su trabajo ldquoAplicaciones cliacutenicas del procesamiento
digital de imaacutegenes meacutedicasrdquo hace una revisioacuten raacutepida sobre los hitos que marcaron el
desarrollo de las imaacutegenes meacutedicas en el mundo En su publicacioacuten comenta hechos como
el premio Nobel de Fiacutesica otorgado a W Roentgen en 1901 por el descubrimiento de los
Rayos X los cuales combinados con tecnologiacutea computacional produjeron en 1971 la
primera imagen de Tomografiacutea Axial Computarizada (TAC) Este descubrimiento le
valioacute a su inventor Godfrey Hounsfield el Premio Nobel de Medicina en 1979
Asimismo en 1946 Feliz Block y Edward Purcell estudian la radiofrecuencia
fundando las bases de la resonancia magneacutetica En 1952 ambos comparten el Premio
Nobel de Fiacutesica y no fue hasta 1973 que Raymond Damadian introduce la Resonancia
Magneacutetica en el campo de la medicina Los primeros equipos para aplicacioacuten cliacutenica
fueron instalados en 1983
6
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
7
Figura 1 Liacutenea de tiempo de los hitos maacutes relevantes en la historia de las imaacutegenes meacutedicas (continuacioacuten)
Fuente Elaboracioacuten propia con informacioacuten recabada del trabajo de Martiacutenez Esplugas Estradas y Capdevilla y del artiacuteculo de Marcelo Galvez
8
Para poder situar la historia y rescatar los hechos maacutes relevantes de las imaacutegenes
meacutedicas se ha elaborado una liacutenea de tiempo que se muestra en la Figura 167
Histoacutericamente es importante destacar que el inicio de las imaacutegenes meacutedicas se vio
influenciado por la segunda revolucioacuten industrial
La segunda revolucioacuten industrial se desarrolloacute entre 1850 y 1914 y abarcoacute Europa
occidental Estados Unidos y Japoacuten Se produjo gracias a la electricidad y al petroacuteleo que
permitieron la aparicioacuten de la industria electromecaacutenica quiacutemica y automoviliacutestica
En este primer periacuteodo de revolucioacuten el 08 de noviembre de 1895 en la ciudad
alemana de Wurzburg el fiacutesico Wilhelm Conrad Roumlentgen descubre los Rayos X al
experimentar con un tubo de rayos catoacutedicos cubiertos con papel negro y en una sala
oscura Se les denominoacute asiacute por no saber su exacta naturaleza
Este hallazgo fue el inicio de la radiologiacutea y sentoacute las bases para desarrollos futuros8
El 22 de diciembre de 1895 Roumlentgen obtiene la primera radiografiacutea con ayuda de su
esposa como se muestra en la Figura 2
6 Noguera Martiacutenez A Monserrat Esplugas E Estrada P Capdevilla A (2012) Evolucioacuten de la Imagen
Meacutedica Radioloacutegica desde Roumlentgen hasta la Digitalizacioacuten Sociedad Espantildeola de Radiologiacutea Meacutedica
(SERAM) 7 Galvez M (2013) Algunos hitos histoacutericos en el desarrollo del diagnoacutestico meacutedico por imaacutegenes Revista
Meacutedica Cliacutenica Condes 24(1) 5 ndash 13 8 Passarielo G Mora F (1995) Imaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procesamiento e interpretacioacuten
Venezuela Equinoccio Ediciones de la Universidad Simoacuten Boliacutevar
9
Figura 2 Primera radiografiacutea de Wilhelm
Roentgen Mano izquierda de Anna Bertha
Ludwing
Fuente Imagen extraiacuteda del artiacuteculo ldquoAnna Bertha
Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo9
Martiacutenez et al (2012) agregan que la primera demostracioacuten puacuteblica de los Rayos X
ocurrioacute el 23 de enero de 1896 delante de una larga y selecta audiencia la Sociedad
Cientiacutefica de Wuzburg Se le concedioacute el grado de doctor honoris causa en Medicina y
obtuvo el Premio Nobel en 1901 en reconocimiento a los extraordinarios servicios por el
descubrimiento de los Rayos X
En 1912 la tragedia del trasatlaacutentico britaacutenico Titanic hizo pensar que era necesario
desarrollar una tecnologiacutea que permitiera detectar objetos bajo el agua idea que
posteriormente deriva en el origen de la ecografiacutea10
Entre 1895 y 1914 afirma Gaacutelvez (2013) se obtuvieron los primeros avances en la
produccioacuten de equipos de radiologiacutea convencional como los dispositivos para limitar el
haz de rayos X las rejillas para evitar la dispersioacuten y las mesas moacuteviles
9 Garciacutea D Garciacutea C ldquoAnna Bertha Roentgen La mujer detraacutes del hombrerdquo Revista chilena de
cardiologiacutea 11(4) 179 ndash 181 10 Ibiacutedem Galvez M (2013)
10
El siguiente hecho histoacuterico relevante es la Primera Guerra Mundial entre 1914 y 1918
Pese a este conflicto beacutelico se lograron algunos avances como la utilizacioacuten de equipos
portaacutetiles rayos X desarrollados por Marie Curie11 de gran utilidad para la visualizacioacuten
de estructuras oacuteseas y localizacioacuten de fragmentos de bala12 Otro logro en la radiologiacutea se
relacionoacute con la disminucioacuten de la dosis de radiacioacuten a partir de la primera peliacutecula
radioloacutegica de doble capa Esta peliacutecula mejoroacute ademaacutes la calidad de la imagen
Despueacutes de terminada la Primera Guerra se comenzoacute la instalacioacuten de equipos de
rayos en la mayor parte de hospitales
En la deacutecada de 1920 se produjeron importantes avances entre ellos el aumento de
potencia de los equipos estaacuteticos y el desarrollo del primer equipo dual que permitiacutea
realizar tanto radiografiacuteas como radioscopias (1926)
Respecto de la proteccioacuten contra la radiacioacuten se inventaron los dosiacutemetros para
personas y los roentgenoacutemetros que mediacutean la radiacioacuten invisible emitida por los
equipos
Durante los antildeos 30 los caacutelculos matemaacuteticos auacuten se haciacutean manualmente En 1937
George Stibitz matemaacutetico norteamericano desarrolla la calculadora de elementos
complejos por lo que se le considera padre del primer computador digital la misma que
aparece como tal por primera vez en 1945 Cuatro deacutecadas maacutes tarde esta nueva
tecnologiacutea revolucionariacutea la radiologiacutea a traveacutes de la Tomografiacutea Computarizada y la
Resonancia Magneacutetica En la Figura 3 se puede apreciar a Stibitz junto a su K-Model o
maacutequina digital en releacutes y vaacutelvulas
El siguiente hito importante es la Segunda Guerra Mundial (1939 ndash 1945) Durante
este acontecimiento se desarrolloacute tecnologiacutea que posteriormente fue empleada por la
Medicina Entre los logros relevantes del periacuteodo posguerra (segunda mitad de los 40) se
encuentran la invencioacuten del intensificador de imaacutegenes que aumenta a 1000 veces la
luminosidad de la fluoroscopiacutea y la primera reveladora automaacutetica que requeriacutea de al
menos 40 minutos para procesar una placa
11 Garciacutea C Garciacutea D ldquoMarie Curie Una gran cientiacutefica una gran mujerrdquo Revista chilena de Radiologiacutea
12 (3) 139 ndash 145 12 Van Tiggelen R (2012) ldquoContributions of radiology to surgery A history older than a centuryrdquo Sci
Med 46(2) 175 ndash 181
11
Figura 3 George Stibitz junto a su K-model (1939)
Fuente Imagen extraiacuteda de
httpwwwtuguriumcomgtiterminophpTr=Stibitz2C20George20R
Figura 4 George Ludwig y el aparato que utilizoacute para detectar caacutelculos vesiculares
Fuente Imagen extraiacuteda de httpswwwresearchgatenetfigureFigures-5-6-5-Photograph-of-
George-D-Ludwig-1922-1973-an-American-physician_fig9_274262868
Despueacutes de la invencioacuten del radar y el sonar se planteoacute la utilizacioacuten del ultrasonido
para la visualizacioacuten de oacuterganos internos13 No fue hasta finales de los antildeos 40 que George
Ludwig aplica ondas de ultrasonido con fines meacutedicos en el cuerpo humano empleando
el equipo que se muestra en la Figura 4 Sin embargo se considera al britaacutenico John Wild
como padre del ultrasonido (Figura 5) pues fue el primero en hacer mediciones de la
pared del intestino en 1949
13 Ortega D Seguel S (2004) ldquoHistoria del Ultrasonido el caso chilenordquo Revista chilena de Radiologiacutea
10(2) 89 ndash 92
12
Figura 5 John Wild
Fuente The New York Times extraiacutedo de
httpswwwnytimescom20091007health07
wildhtml
En 1952 Felix Bolch y Edward Purcell (Figura 6) obtienen el Premio Nobel de Fiacutesica
por su trabajo en el desarrollo de nuevos meacutetodos para medicioacuten de la precisioacuten magneacutetica
nuclear consideraacutendose las bases de la Resonancia Magneacutetica
Figura 6 Ganadores de Premio Nobel de Fiacutesica de
1952 a) Felix Bloch b) Edward Purcell
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En 1956 Allan Cormack intrigado por saber coacutemo calcular la dosis de Rayos X
necesaria para radioterapia realiza estudios que terminan en la publicacioacuten de las bases
de la Tomografiacutea Computada en 1963
13
Durante la deacutecada de los 70 continuacutea Gaacutelvez (2013) se producen acontecimientos que
marcaron una inflexioacuten en la medicina lograacutendose la sinergia entre la radiologiacutea y la
informaacutetica
En 1970 Godfrey Housfield obtiene la primera imagen in vitro de tomografiacutea
computada14 Dos antildeos maacutes tarde se instala el primer tomoacutegrafo computado cliacutenico en el
Hospital Atkinson Morley de Londres
Sobre la Tomografiacutea Axial Computarizada Martinez et al (2012) afirman que ha
sido la invencioacuten maacutes importante en el diagnoacutestico por imagen despueacutes de los RX
Por su parte Gaacutelvez (2013) documenta que En el antildeo 1971 el Dr Raymond Damadian
publicoacute el primer trabajo de resonancia magneacutetica que permitiacutea distinguir tejido tumoral
del normal in vivo Sin embargo no fue hasta 1973 que Paul Lauterbur describioacute este
procedimiento este trabajo fue posible gracias al estudio previo de Hounsfield y es la
teacutecnica empleada por los resonadores en la actualidad
El 16 de marzo de ese mismo antildeo Lauterbur publica la primera imagen de resonancia
magneacutetica de dos tubos capilares de un animal La teacutecnica empleada por el quiacutemico
americano requeriacutea dos horas para producir una sola imagen por lo que se haciacutea poco
factible su utilizacioacuten in vivo En 1976 transformando matemaacuteticamente las sentildeales Peter
Mansfield obtiene la primera imagen de resonancia del cuerpo humano que correspondiacutea
al dedo de su estudiante el Dr Andrew Mudsley y que fue publicada en 1977
Comercialmente la primera resonancia magneacutetica que desarrollada por el Dr
Damadian el 3 de julio de 1977 en su maacutequina Indomitable El Dr Damadian formoacute su
propia empresa para la produccioacuten de resonadores magneacuteticos a la que llamoacute FONAR
Allan Cormack y Godfrey Housfield recibieron el Premio Nobel de Fisiologiacutea y
Medicina en 1979 por su trabajo ldquoDesarrollo de la Tomografiacutea Computadardquo (Ver Figura
7)
14 Soffia P (2000) ldquoHistoria de la radiologiacutea pasado presente futuro de la Tomografiacutea Axial Computadardquo
Revista chilena de Radiologiacutea 6(3) 120 ndash 125
14
Figura 7 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en 1979 a) Allan Cormack b) Godfrey Houndsfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En la deacutecada de los 80 se empiezan a desarrollar los detectores de la radiografiacutea
digital aunque estos no fueron una realidad sino hasta principios de la siguiente deacutecada
En esta deacutecada (1980) la radiologiacutea se enfrenta a un problema importante las
imaacutegenes teniacutean formato propio lo que impediacutea poder verlas en un equipo diferente al de
su obtencioacuten con el uso de otro equipo por lo que en 1983 la ACR (American College
of Radiology) y la NEMA (National electrical Manufacturers Association) consolidaron
un estaacutendar de visualizacioacuten impresioacuten almacenamiento y transmisioacuten de las imaacutegenes
meacutedicas el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)
El protocolo DICOM fue publicado por primera vez en 1985 y sigue actualizaacutendose
hasta hoy
Durante los 90 se produjeron dos tecnologiacuteas de radiologiacutea digital la Radiologiacutea
Computada (CR Computer Radiography) y la Radiografiacutea Digital Directa (DR Digital
Radiography) como se muestra en la Figura 8
Los dos principales sistemas de detectores usados en la radiologiacutea digital son las
pantallas fosforescentes fotoestimulables en el caso de la CR y el panel plano (fat -planel)
en estado soacutelido en el caso de la DR
15
La Radiografiacutea Digital Directa proporciona imaacutegenes en un tiempo miacutenimo y de
mucha mejor calidad que los sistemas convencionales incluso que la Radiologiacutea
Computada ademaacutes supone un ahorro econoacutemico anual15
Figura 8 Equipos de Radiologiacutea digital directa
a) Radiologiacutea digital computarizada (CR)
b) Radiologiacutea digital directa (DR)
Fuente Martiacutenez et al (2012)
En el 2003 Paul Laiterbur y Peter Mansfield (Figura 9)obtienen el Premio Nobel de
Fisiologiacutea y Medicina por los descubrimientos relacionados a las imaacutegenes de Resonancia
Magneacutetica Este premio generoacute una controversia pues Damadian no fue incluido pese a
que Lauterbur y Mansfield trabajaron sobre sus ideas
A partir de este momento hasta la actualidad se ha buscado mejorar la rapidez y
calidad de imagen avanzando hacia equipos de tomografiacutea maacutes raacutepidos y con menos
radiacioacuten y resonadores maacutes poderosos Tal es el caso de la Tomografiacutea computarizada
helicoidal multicorte desarrollada en 2001 la cual es considerada la mayor innovacioacuten
ha sido respecto a las TC
15 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
16
Figura 9 Ganadores del Premio Nobel de Fisiologiacutea y Medicina
en el 2003 a) Paul Lauterbur b) Peter Mansfield
Fuente Extraiacutedo de httpwwwnobelprizeorg
En el antildeo 2009 en el campo de los sistemas de comunicacioacuten y archivos de imaacutegenes
se premia con el Nobel de Fiacutesica a Charles Kao Willian Boyle y George Smith
En lo que respecta a los ultrasonidos la uacuteltima innovacioacuten es el transductor matrix
volumeacutetrico incorporado en 2010
Las teacutecnicas actuales de fusioacuten de imaacutegenes meacutedicas permiten un anaacutelisis e integracioacuten
por diferentes equipos de radiologiacutea y medicina nuclear TC RM SPECT (tomografiacutea
computarizada por emisioacuten de fotoacuten uacutenico) PET (tomografiacutea por emisioacuten de positrones)
dando lugar a una imagen uacutenica que facilita la interpretacioacuten16
En la Figura 10 se observa coacutemo han cambiado las tomografiacuteas con el paso del tiempo
En la parte izquierda de la figura se muestra la primera tomografiacutea sacada en 1971 en la
que se aprecia metaacutestasis cerebrales A la derecha una PETTC abdominal realizada con
2-deoxi-2(18F) Fluoro-DGlucosa en la deteccioacuten de malignidad en una neoplasia
mucinosa papilar intraductal del paacutencreas
16 Ibiacutedem Noguera Monserrat Esplugas Estrada (2012)
17
Figura 10 Tomografiacuteas computarizadas a) Primera TC b) PETTC de paacutencreas actual
Fuente Martiacutenez et al (2012)
13Clasificacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
De acuerdo a la teacutecnica empleada las imaacutegenes meacutedicas se clasifican
- Teacutecnicas basadas en radiaciones ionizantes que comprenden Rayos X
Tomografiacutea Computarizada (TC) y Medicina Nuclear (MN)
- Teacutecnicas no ionizantes como la Resonancia Magneacutetica Nuclear (RMN) y los
Ultrasonidos (US)
A continuacioacuten se describiraacuten los cuatro tipos de imaacutegenes meacutedicas que se emplean
con mayor frecuencia
131Rayos X
Los Rayos X son un tipo de radiacioacuten electromagneacutetica ionizante que debido a su
pequentildea longitud de onda (1 o 2 Amperios) tienen capacidad de interaccioacuten con la
materia Los equipos radioloacutegicos convencionales estaacuten compuestos fundamentalmente
por un tubo de Rayos X un generador de radiacioacuten y un detector de radiacioacuten
En la actualidad las radiografiacuteas pueden realizarse de manera convencional o de
manera digital
La radiologiacutea digital por su parte puede obtenerse de manera digital o digitalizada la
diferencia entre ambos meacutetodos consiste en que la imagen digitalizada se obtiene
mediante el escaneo o la captura fotograacutefica de una placa radiograacutefica mientras que las
18
radiografiacuteas digitales se obtienen mediante la captura digital directa de la imagen para
convertir los Rayos X en sentildeales electroacutenicas17
Passarielo y Mora (1995) comentan que los Rayos X se emplean como ayuda
diagnoacutestica en el campo meacutedico especialmente en los sistemas esqueleacutetico respiratorio
gastrointestinal urinario y cardiovascular18
1311Efectos
Bayo (2001) clasifica los efectos que produce la radiacioacuten en dos clases
bull Efectos no estocaacutesticos o deterministas Solo se producen cuando la dosis
alcanza un valor umbral determinado su gravedad depende de la dosis recibida
y su aparicioacuten es inmediata por ejemplo radiodermitis cataratas
bull Efectos estocaacutesticos No precisan umbral la probabilidad de que aparezcan
aumenta con la dosis y suelen ser graves y de aparicioacuten tardiacutea como en el caso
del caacutencer radioinducido
Para reducir esos riegos se deben reducir las dosis que se reciben y la exposicioacuten
innecesaria a las radiaciones
1312Contraindicaciones y riesgos
Riesgo terageacutenico y canceriacutegeno acutepor lo que se evita en mujeres embarazadas y
pacientes pediaacutetricos
Desde su descubrimiento los rayos X se han estudiado ampliamente hasta que en se
llegoacute a la conclusioacuten que la radiactividad denominada asiacute por Marie Curie causaba dantildeos
a la salud ya que se observaron problemas de depilacioacuten eritemas quemaduras o muertes
prematuras en las personas que empleaban tubos de Rayos X y materiales radioactivos en
sus investigaciones19
132Ultrasonido
Se define como una serie de ondas mecaacutenicas generalmente longitudinales originadas
por la vibracioacuten de un cuerpo elaacutestico (cristal piezoeleacutectrico) y propagadas por un medio
17 Fernaacutendez M (2013) ldquoRadiologiacutea digitalrdquo Tec Rad 83 22 ndash 24 18 Passarielo G Mora F (1995) ldquoImaacutegenes Meacutedicas Adquisicioacuten anaacutelisis procedimiento e
interpretacioacutenrdquo Venezuela 19 Arias C (2006) ldquoLa regulacioacuten de la proteccioacuten radioloacutegica y la funcioacuten de las autoridades de la saludrdquo
Rev Panam Salud Puacuteblica 20 (23) 188 ndash 97
19
material (tejidos corporales) cuya frecuencia supera la del sonido audible por el
humano20
De acuerdo a Segura et al (2014) los equipos ecograacuteficos estaacuten formados por un
transductor sonda o botoacuten de ganancia y los botones de curva de ganancia y los
paraacutemetros involucrados en su funcionamiento son la frecuencia la velocidad de
propagacioacuten interaccioacuten del ultrasonido con los tejidos aacutengulo de incidencia atenuacioacuten
frecuencia de repeticioacuten de pulsos21
Son usados en oftalmologiacutea ginecologiacutea y obstetricia asiacute como sistemas
cardiovasculares y genitourinarios incluyendo glaacutendulas mamarias aacuterea abdominal
entre otros
Vives Iglesias (2007) resalta que el ultrasonido tiene muchas ventajas sobre la
radiografiacutea ausencia de radiacioacuten excelente visualizacioacuten de tejidos blandos y
diferenciacioacuten entre soacutelidos y liacutequidos las ecografiacuteas pueden repetirse sin peligro alguno
son maacutes econoacutemicas y pesan menos que un computador portaacutetil por lo que son usadas de
forma masiva22
La clasificacioacuten de los ultrasonidos desde el punto de vista de Pineda et al Se hace
de la siguiente manera
bull Modo A o amplitud se empleoacute inicialmente para distinguir entre estructuras
quiacutesticas y soacutelidas y se utilizoacute para representar graacuteficamente una sentildeal
bull Modo M se emplea para las estructuras de movimiento como el corazoacuten se
realiza una representacioacuten graacutefica de la sentildeal la amplitud es el eje vertical el tiempo
y la profundidad son el eje horizontal
bull Modo B modalidad empleada en todos los equipos de ecografiacutea en tiempo real
En la actualidad la ecografiacutea Doppler es una teacutecnica utilizada por parte del personal
meacutedico
20 Pintildeeda Villasentildeor C Maciacuteas Palaciones M Bernal Gonzalez A (2012) ldquoPrincipios fiacutesicos baacutesicos del
ultrasonidordquo Invest Dis 1(1) 25 ndash 34 21 Segura A Saez ndash Fernaacutendez A Rodriacuteguez ndash Lorenzo A Diacuteaz ndash Rodriacuteguez N (2014) ldquoIntroduccioacuten a
la teacutecnica ecograacutefica Principios fiacutesicos lenguaje ecograacuteficordquo Semergen 40(1) 42 ndash 46 22 Vives Iglesias A (2007) ldquoUltrasonido diagnoacutestico Uso y relacioacuten con las competencias profesionalesrdquo
Rev Cubana Med Gen Integr 23(3) 1- 16
20
133Tomografiacutea computarizada
Teacutecnica asistida por computador que permite general una imagen de una seccioacuten o
plano cualquiera del sujeto moviendo mecaacutenicamente la fuente de radiacioacuten yo el
receptor
Es empleada para obtener estudios de la cabeza aparato respiratorio aacuterea abdominal
sistema genitourinario miembros superiores e inferiores sistema musculo esqueleacutetico
entre otros
Las primeras imaacutegenes de tomografiacutea reconstruidas con el primer escaacutener desarrollado
contaban con una baja resolucioacuten espacial una matriz de 80x80 pixeles y tardaba nueve
horas en total para cubrir un cerebro humano23
Entre sus ventajas Montero (2008) remarca que las TC se obtienen imaacutegenes exactas
no invasivas Su uso es sencillo raacutepido y menos constante Los inconvenientes se
relacionan con la dosis de radiacioacuten efectiva
134Resonancia magneacutetica
Es una teacutecnica que consiste en la obtencioacuten de imaacutegenes detalladas de oacuterganos y tejidos
internos a traveacutes del uso de campos magneacuteticos utilizando grandes imanes ondas de
radiofrecuencia y una computadora para la produccioacuten de imaacutegenes Su aplicacioacuten
condujo al desarrollo de una nueva modalidad conocida como resonancia magneacutetica
funcional la cual provee una herramienta sensitiva no invasiva para el mapeo de
activacioacuten de la funcioacuten del cerebro humano a traveacutes de la medicioacuten de cambios locales
en el flujo sanguiacuteneo24
Sus componentes fundamentales son un imaacuten creador del campo electromagneacutetico
un sistema de radiofrecuencia un sistema de adquisicioacuten de datos un ordenador para
analizar las ondas y representar la imagen y el equipo de impresioacuten para imprimir la
placa25
23 Ramiacuterez Giraldo J Arboleda Clavijo C MnCollough C (2008) ldquoTomografiacutea computarizada por Rayos
X Fundamentos y actualidadrdquo Rev Ing Biom 2(4) 13-31 24 Caicedo O Aldana C (2009) ldquoResonancia magneacutetica funcional Evolucioacuten y avances en cliacutenica
Tecnura Con Ciencia 13(25) 88 ndash 103 25 Pebet N (2004) ldquoResonancia Nuclear Magneacutetica [En Internet]rdquo Actas del XIII Seminario de Ing
Biomeacutedica de la Repuacuteblica Oriental de Uruguay Montevideo Extraiacutedo de httpwwwnibfmed
eduuyPebetpdf el diacutea 28022020
21
Respecto a sus ventajas el autor Montero Rodriacuteguez (2008) resalta
bullNo usa radiacioacuten ionizante reduciendo riesgos de mutaciones celulares o caacutencer
bullPermite cortes muy finos (12 mm o 1 mm) e imaacutegenes detalladas logrando
observar estructuras anatoacutemicas no apreciables con otro tipo de estudio
bullPermite la adquisicioacuten de imaacutegenes multiplanares (axial sagital coronal) sin
necesidad de cambiar de postura al paciente
bullDetecta muy raacutepidamente los cambios en el contenido tisular del agua
bullNo causa dolor al paciente
bullEl paciente tiene comunicacioacuten en todo momento con el meacutedico
Keats y Sistrom (2002) sentildealan que dentro de las contraindicaciones para realizar RM
estaacuten
bullPacientes con dispositivos cardiacuteacos
bullImplantes cocleares
bullProacutetesis valvulares cardiacuteacas no ndash RM compatibles
bullCuerpos extrantildeos metaacutelicos en lugares con riesgo vital (ojo cerebro hiacutegado
grandes vasos)
Ahualli (2010) describe a la RM como teacutecnica en continua expansioacuten tecnoloacutegica por
lo que sus aplicaciones son crecientes y estaacuten en constante evolucioacuten Actualmente la
RM tiene un papel fundamental en el tratamiento de numerosas enfermedades con
importante impacto social y econoacutemico como el caacutencer las enfermedades
cardiovasculares neuroloacutegicas y las del sistema musculoesqueleacutetico
14Estaacutendar DICOM
El estaacutendar DICOM o Digital Imaging Communications in medicine fue desarrollado
para permitir a los usuarios de equipos de imaacutegenes meacutedicas conectar diferentes
dispositivos para compartir recursos
La Asociacioacuten Americana de Radiologiacutea y la Asociacioacuten Nacional de Manufactura
Eleacutectrica formaron un comiteacute junto a otras organizaciones de estandarizacioacuten incluyendo
al CN TC251 en Europa JIRA en Japoacuten y tras como IEEE HL7 y ANSI en Estados
Unidos Este documento estaacute estructurado en parte usando las liacuteneas maestras en el
documento ISOIEC
22
En la Figura 11 se puede ver el sistema operando en condiciones estaacutendar Este
sistema de modelizacioacuten basado en la representacioacuten del mundo real mediante entidades
y sus relaciones faciliten que los usuarios tanto vendedores como cliacutenicos comprendan
el estaacutendar
Figura 11 Moldeo de protocolo de comunicaciones DICOM
Fuente Pereira Fernaacutendez j Teijeiro J Lamelo A Vaacutesquez ndash Nay
Capiacutetulo 2
Fundamentos fiacutesicos y matemaacuteticos de las imaacutegenes meacutedicas
Actualmente la captura y uso de imaacutegenes meacutedicas se ha incrementado en el campo
cliacutenico debido a que son una fuente de informacioacuten muy confiable y por la gran
disponibilidad de dispositivos que soportan la captura de imaacutegenes meacutedicas26
Como se vio en el Capiacutetulo 1 existen diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas Su
informacioacuten y lectura dependen principalmente del origen de la imagen y del mecanismo
empleado para capturarla Los principios fiacutesicos involucrados en su proceso de
adquisicioacuten y las herramientas matemaacuteticas usadas para extraer informacioacuten de
diagnoacutestico importante determinan precisamente esta diferenciacioacuten2728
Figura 12 Diagrama de bloques de una sentildeal biomeacutedica y su sistema de procesamiento de imaacutegenes
Fuente Najarian amp Splinter (2016)
El procedimiento de medicioacuten y procesamiento biomeacutedico implica identificar las
propiedades fiacutesicas relevantes del sistema biomeacutedico a traveacutes de sensores Una vez que
un sensor registra una sentildeal biomeacutedica debe pre ndash procesarse y filtrarse debido a la
presencia de ruido indeseable que se encuentra combinado con la sentildeal biomeacutedica
26 Roa Martiacutenez S Gregorio Vidotti S Vicentini Jorente M (2016) ldquoRepresentacioacuten conceptual de
imaacutegenes meacutedicas digitales Integracioacuten de Contexto y Contenido Visualrdquo Revista General de Informacioacuten
y Documentacioacuten Extraiacutedo de httpdxdoiorg105209RGID54719 27 Medina R Bellera J ldquoBases del procesamiento de imaacutegenes meacutedicasrdquo Universidad de Los Andes
Venezuela 28 Ibiacutedem Medina R Bellera J
24
relevante29 En la Figura 12 muestra el diagrama de bloques que sintetiza este
procedimiento
En este capiacutetulo se van a describir los principios fiacutesicos y matemaacuteticos sobre los que
se apoyan los diferentes tipos de imaacutegenes meacutedicas
21Imagen meacutedica digital
Una imagen digital se define como la representacioacuten bidimensional de una imagen
utilizando bits (unos y ceros) que se obtiene a traveacutes de dispositivos de conversioacuten
analoacutegico-digital
Este arreglo de dos dimensiones (2D) se puede denotar como f (x y) donde cada punto
se denomina piacutexel Tiene un tamantildeo de NxM pixeles en donde N corresponde al ancho
de la imagen y M corresponde al largo de la imagen30
El valor de f (x y) de la posicioacuten (x y) es llamado nivel de gris y es un entero no
negativo31 Dependiendo del procedimiento de digitalizacioacuten utilizado los valores de
nivel de gris pueden tener distintos rangos 0-255 (8bits) 0-511(9bits) 0-1023 (10bits)
0-2047 (11bits) 0-4095 (12bits) En la Tabla 1 se observan las distintas caracteriacutesticas de
cada modalidad32
Aplicado al campo cliacutenico Martinez et al (2016) afirman que es un conjunto de
teacutecnicas y procesos usados para crear imaacutegenes del cuerpo humano o partes de eacutel con
propoacutesitos cliacutenicos (procedimientos meacutedicos que buscan revelar diagnosticar o examinar
enfermedades) o para la ciencia meacutedica (incluyendo el estudio de la anatomiacutea normal y
funcioacuten)33rdquo
A esta uacuteltima definicioacuten Graffina amp Romo (2003) agregan que es la representacioacuten
de una imagen obtenida utilizando diferentes procedimientos proyecciones radioloacutegicas
convencionales (RX) ultrasonografiacutea tomografiacutea computada o resonancia magneacutetica
nuclear
29 Najarian K Splinter R (2006) ldquoBiomedical signal and image processingrdquo Paacuteg 9 Editorial CRC Press 30 Ibiacutedem Medina R Bellera J 31 Los niveles de gris casi siempre se configuran como nuacutemeros enteros no negativos (en oposicioacuten a los
nuacutemeros reales) Esto ahorra mucho espacio de almacenamiento digital (por ejemplo espacio en disco) y
agiliza el procesamiento de imaacutegenes de manera significativa (Najarian amp Splinter 2016) 32 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 33 Imagenologiacutea (2012) ldquoConcepto de imagenologiacuteardquo Revisado en
httpimagenologiacrblogspotcombr201204concepto-de-imagenologiahtml
25
211Caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas digitales
Najarian amp Splinter (2006) sentildealan algunas caracteriacutesticas de las imaacutegenes meacutedicas
digitales las cuales se comentan a continuacioacuten34
2111Captura de imaacutegenes
Para capturar imaacutegenes meacutedicas se emplean sensores de diferentes propiedades fiacutesicas
de los materiales (incluida la intensidad de la luz y el color) para registrar informacioacuten
anatoacutemica y funcional sobre el tejido en estudio
Cada tecnologiacutea meacutedica utiliza un conjunto diferente de propiedades fiacutesicas de los
tejidos vivos para generar una imagen Por ejemplo mientras que la resonancia magneacutetica
se basa en la prosperidad magneacutetica de un tejido la tomografiacutea computarizada se basa en
la interaccioacuten entre los rayos de rayos X y los tejidos bioloacutegicos para formar una imagen
2112Representacioacuten de imaacutegenes
Todas las imaacutegenes meacutedicas se representan como imaacutegenes digitales Estas pueden
ser imaacutegenes en nivel gris o en color
En una imagen de nivel de gris la intensidad de la luz o el brillo de un objeto que se
muestra en las coordenadas (x y) de la imagen se representa mediante un nuacutemero llamado
nivel de gris Cuanto mayor sea el nuacutemero de nivel de gris maacutes brillante seraacute la imagen
en el punto de coordenadas (x y) mientras que un punto con el nivel de gris de cero es
un punto completamente oscuro
34 Ibiacutedem Najarian K Splinter R (2006)
26
Tabla 1 Caracteriacutesticas de cada modalidad
Modalidad Objeto de
estudio
Energiacutea
transmitida
Propiedad
medible
Energiacutea
recibida
Meacutetodo de
deteccioacuten Procesamiento Visualizacioacuten
Tamantildeo
NxM
(pixeles)
Niveles
de gris
Bits
por
pixel
Radiologiacutea
convencional
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Placas Quiacutemico Placas
Mod
Analoacutegica
Tomografiacutea
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Transformada
de radoacuten
Monitor y
placas 512x512 4096 12
Ultrasonido Tejido blando Sonido Reflexioacuten Sonido Cristal
piezoleacutectrico
Barrido en
espacio y
tiempo
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Doppler Flujo
sanguiacuteneo Sonido Dispersioacuten
Sonido
(variacioacuten
frecuencial)
Cristal
piezoleacutectrico
Barrio en
espacio tiempo
y frecuencia
Video
monitor
impresioacuten
512x512 256 8
Resonancia
magneacutetica
nuclear
Tejido blando RF
Respuesta a la
sentildeal de
resonancia
magneacutetica
RF Antenas Transformada
de Fourier
Monitor y
placas 256x256 4096 12
Resonancia
digital
computada
Tejido duro y
blando Rayos X Absorcioacuten Rayos X Detectores
Conversioacuten
AD
Monitor y
placas 4000x2000 4096 12
Endoscopiacutea Oacuterganos
internos Luz visible Reflexioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten
Monitor e
impresioacuten 512x512
224
colores 24
Microscopiacutea Muestras Luz visible Transmisioacuten Luz visible Caacutemara Digitalizacioacuten 512x512 224
colores 24
Medicina
nuclear
Funcionalidad
orgaacutenica
Nuacutemero de
desintegraciones ᵞᵝ
Escintilacioacuten
CCD
Placas
Anaacutelisis de
eventos
Monitor e
impresioacuten en
placas y otros
128x128 65536 16
Fuente Graffigna J Romo R
27
2113Histograma de imagen
Es una caracteriacutestica estadiacutestica de las imaacutegenes que se relaciona con la distribucioacuten de
los pixeles en las imaacutegenes digitales
Se obtiene a partir de la Ecuacioacuten 1
119901(119903) =119899(119903)
119899 Ecuacioacuten 1
Y estaacute definido por la graacutefica de p (r) vs r donde
p(r) Frecuencias normalizadas de cada piacutexel
r Nivel de gris de cada pixel
Suponiendo que el nivel de gris de todos los piacutexeles en una imagen pertenece al intervalo
[0 G - 1] donde G es un nuacutemero entero y en consecuencia r es un nuacutemero entero que se
mueve en el intervalo 0 le r le (G ndash 1)
212Calidad de la imagen
Para Graffina amp Romo (2003) la calidad de la imagen estaacute caracterizada por tres
paraacutemetros
bullResolucioacuten espacial Es una medida del nuacutemero de pixel usados para representar la
estructura
bullResolucioacuten de densidad Es el nuacutemero total de niveles de gris discretos en una imagen
digital
bullRelacioacuten sentildeal a ruido Una relacioacuten elevada indica una imagen agradable al ojo y por
tanto con una buena calidad de imagen
Sobre estos paraacutemetros los autores agregan que deben ser ajustados de acuerdo a los
requerimientos del diagnoacutestico Sin embargo es importante resaltar que a mayor resolucioacuten
espacial yo de densidad mayores seraacuten la capacidad de memoria necesaria y el tiempo de
procesamiento y transmisioacuten de la imagen35
35 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
28
En las Figuras 13 y 14 se muestra el efecto de reducir los paraacutemetros de resolucioacuten
espacial y resolucioacuten de densidad
La Figura 13 corresponde a una imagen obtenida de un ecoacutegrafo de nivel de gris de 256
de 200x200 pixeles cuya reduccioacuten de la resolucioacuten espacial es casi imperceptible en las
primeras imaacutegenes (Figura 2b y 2c) sin embargo en la Figura 2d se aprecia la peacuterdida de
detalles36
La Figura 14 por su parte muestra una imagen de 100x100 y 8 bits por piacutexel (Figura 3a)
a medida que se reduce el nuacutemero de bits de 5 (Figura 3b) a 1 (Figura 3f) empiezan a
aparecer un conjunto casi imperceptible de estructuras ondulantes en las zonas de niveles de
gris suaves denominadas falso contorno37
Figura 13 Efectos de reducir la resolucioacuten espacial
a) 200x200 piacutexeles b) 100x100 c) 50x50 d) 25x25
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
36 Ibiacutedem Graffina Romo (2003) 37 Ibiacutedem Graffina Romo (2003)
29
Figura 14 Efectos de modificar la cuantificacioacuten de la imagen
Fuente Graffigna amp Romo (2003)
Las mediciones de la calidad de la imagen pueden dividirse en dos categoriacuteas la medicioacuten
de la nitidez y la medicioacuten del ruido
La medicioacuten de la nitidez se realiza a traveacutes de experimentos como PSF (Point Spread
Function) LSF (Line Spread Function) ESF (Edge Spread Function) y la MTF (Modulation
Transfer Function) mientras que el ruido se apoya en la MTF para efectuar su medicioacuten
aMTF para medir nitidez
La MTF de un sistema se define como la relacioacuten entre la amplitud de salida y entrada
expresada como funcioacuten de la frecuencia espacial como se expresa en la Ecuacioacuten 2 donde
u es la frecuencia espacial
119872119879119865(119906) =119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119904119886119897119894119889119886
119886119898119901119897119894119905119906119889 119889119890 119890119899119905119903119886119889119886 Ecuacioacuten 2
Mide la modulacioacuten de amplitud (o nivel de gris) del patroacuten de liacuteneas en la imagen cuyo
tamantildeo de la modulacioacuten determina la calidad del sistema
Matemaacuteticamente la MTF es la magnitud de la Transformada de Fourier de la LSF del
sistema dado por la Ecuacioacuten 3
119872119879119865(119906) = |119865[119871119878119865(119909)]| = | int [119871119878119865(119883)119890minus2120587119895119909119906] 119889119909
infin
minusinfin
| Ecuacioacuten 3
30
b MTF para medir el ruido
La MTF tambieacuten provee informacioacuten acerca del efecto del ruido y el contraste radioloacutegico
sobre las imaacutegenes Para estudiarlo es importante conocer los conceptos de espectro de
potencia o espectro Wiener del ruido producido por el sistema
Si se asume que el ruido N es aleatorio y no estaacute correlacionado con la sentildeal S que forma
la imagen entonces el espectro la relacioacuten de potencia de Sentildeal a Ruido o relacioacuten de
potencia de Sentildeal a Ruido P (x y) de cada pixel estaacute definido por la Ecuacioacuten 4
119875(119909 119910) =1198782(119909 119910)
1198732(119909 119910) Ecuacioacuten 4
Si se obtiene el perfil de una imagen con fondo uniforme el trazo tendraacute un nivel de gris
determinado maacutes un ruido aleatorio asociado
22Adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas
Respecto a la adquisicioacuten y almacenamiento de imaacutegenes meacutedicas Medina y Bellera
comentan que hace falta un sensor apropiado para detectar el tipo de fuente de informacioacuten
visual o emisioacuten y convertirla en una sentildeal eleacutectrica Posteriormente esta sentildeal eleacutectrica se
convierte en un arreglo de cantidades binarias las cuales se pueden almacenar o procesar
utilizando una computadora38El almacenamiento para Martiacutenez et al (2016) en la
actualidad se hace maacutes sencillo a partir del uso de metadatos
Los metadatos son aquellos que describen los atributos y el contenido de un documento
original y que usados de forma efectiva viabilizan el acceso a la informacioacuten precisa39
Seguacuten el estaacutendar NISO (2004) los metadatos se clasifican en tres categoriacuteas40
bullMetadatos descriptivos por ejemplo autor asunto titulo etc
bullMetadatos estructurales o teacutecnicos como las paacuteginas que estaacuten ordenadas para formar
capiacutetulos etc
38 Ibiacutedem Medina Bellera 39 Milstead J Feldman S (1999) ldquoMetadata cataloging by any other namerdquo Online the leading magazine
for information professional 1(23) 24 ndash 26 28 ndash 31 40 NISO (2004) ldquoUndersanting Metadata Bethsda MD NISO Pressrdquo Extraiacutedo de httpwwwnisoorg
standardsresourcesUnderstandingMetadatapdf
31
bullMetadatos administrativos por ejemplo cuaacutendo y coacutemo fue creado el recurso tipo de
formato etc
Barreto (2007) propone otra clasificacioacuten como se muestra a continuacioacuten41
bullMetadatos independientes del contenido que no conciernen directamente al contenido
de la imagen o video como el formato de la imagen autor fecha lugar condiciones de
iluminacioacuten etc
bullMetadatos dependientes del contenido caracteriacutesticas consideradas de nivel bajo y
medio como color textura forma relaciones espaciales y combinaciones de estos
bullMetadatos descriptivos de contenido se refieren al contenido semaacutentico y las
relaciones de las entidades de la imagen con entidades del mundo real o emociones o
significados asociados a las sentildeales visuales o escenas
Tabla 2 Componentes de un archivo DICOM
Elementos del
fichero Descripcioacuten
Preaacutembulo Tiene un tamantildeo fijo y su uso es definido por la implementacioacuten
Prefijo
identificativo
del archivo
Contiene la cadena de caracteres DICOM Esta cadena debe estar codificada
siempre con las letras en mayuacutesculas y usando los caracteres ISO 8859 G0
Meta ndash cabecera
y cabecera
Consisten en una serie de campos con toda la informacioacuten necesaria sobre
la imagen incluyendo la propia imagen son una sucesioacuten de elementos de
datos
Elementos de
datos
Un elemento de datos estaacute constituido por los campos
bull Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag) identifica cada
elemento de datos de forma uniacutevoca Es una etiqueta constituida por
un Nuacutemero de Grupo (Group Number) y un Nuacutemero de Elemento
(Element Number)
bull Representacioacuten del Valor (Value Representation) muestra la forma en
que se codifica el valor del elemento
bull Longitud del Valor (Value Length) es la longitud del campo Valor
bull Valor (Value) es el valor del elemento de datos codificado seguacuten el
campo Value Representation y con la longitud queindica el campo
Longitud del Valor
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Agregando ademaacutes que cuando se trata de la imagen el contenido visual puede ser
clasificado en contenido primitivo de imaacutegenes que se refiere a los elementos baacutesicos que
41 Barreto J (2007) ldquoDesafios e avanccedilos na recuperaccedilatildeo automaacutetica da informaccedilatildeo audiovisualrdquo Revista
Ciecircncia da Informaccedilatildeo IBICT 3 (36) 17-28
32
componen la imagen y contenido complejo de imaacutegenes que se refiere a los estaacutendares de
una imagen que son percibidos por los seres humanos como fuentes de significado42
El estaacutendar DICOM es el mecanismo de codificacioacuten almacenamiento y transmisioacuten de
imaacutegenes aceptado universalmente por la comunidad meacutedica
Martiacutenez et al explican que como formato de archivo contiene la informacioacuten baacutesica de
la prueba como por ejemplo fecha datos de paciente lugar y origen de la imagen e
informacioacuten asociada a la prueba meacutedica capturada43 En la Tabla 2 se describen los
componentes de un archivo DICOM
23Procesamiento de imaacutegenes
Para procesar imaacutegenes digitales existen diversas teacutecnicas con fundamentos matemaacuteticos
o algoritmos que modifican el valor de un pixel sin modificar las relaciones espaciales dentro
de la imagen44Medina y Bellera clasifican las teacutecnicas de procesamiento como se indica a
continuacioacuten
231Teacutecnicas de procesamiento basadas en puntos de la imagen
Entre las maacutes conocidas se encuentran el histograma el realce por modificacioacuten de
contraste el perfil y la teacutecnica de colores falsos y seudocolor
2311Histograma de una imagen
El histograma es un graacutefico de la distribucioacuten de valores de intensidad de los pixeles de
una imagen (niveles de gris) o de una porcioacuten de esta
Su graacutefica es bidimensional y proporciona informacioacuten relevante sobre el brillo y
contraste de una imagen asiacute como de su rango dinaacutemico En la Figura 15 se muestra el dibujo
de un histograma tiacutepico
42 Ibiacutedem Barreto (2007) 43Ibiacuteem Martinez et al (2016) 44 Ibiacutedem Medina Bellera
33
Figura 15 Histograma para los niveles de intensidad de una imagen con L= 64
Fuente Medina amp Bellera
2312Realce de imaacutegenes por modificacioacuten del contraste
El contraste de una imagen puede mejorarse mediante el re-escalamiento de la intensidad
de cada piacutexel Las trasformaciones de uso maacutes frecuente de acuerdo a Medina y Bellera
son
aNegativo de la imagen
Este tipo de trasformacioacuten consiste en convertir las porciones de la imagen que son claras
en oscuras y las que son oscuras en claras
Es de gran utilidad cuando se busca resaltar los detalles en las porciones brillantes de una
imagen pues el ojo humano es maacutes capaz de discernir los detalles en aacutereas oscuras que en
aacutereas maacutes brillantes (Ver Figura 16b)
bControl de brillo de una imagen
El control o ajuste de brillo de una imagen se logra sumando o restando un valor constante
a cada pixel de la imagen de entrada El efecto de tal transformacioacuten sobre el histograma es
desplazarlo hacia la derecha (zona maacutes brillante) en caso de que se sume un valor constante
o por el contrario desplazarlo la izquierda (zona maacutes oscura) cuando se resta un valor
constante (Ver Figura 16c)
34
cBinarizacioacuten de imaacutegenes
La binarizacioacuten es una teacutecnica que permite convertir imaacutegenes con niveles de gris en una
imagen binaria (blanco y negro) De acuerdo a tal teacutecnica los valores de pixel en la imagen
de entrada que son menores a un cierto umbral preespecificado son convertidos a negro
mientras que los pixeles con valores mayores al umbral son convertidos a blanco (Ver
Figura 17b)
dAmpliacioacuten del contraste
Tambieacuten conocida como dilatacioacuten del histograma (histogram stretching) Combina el
uso del histograma con la utilizacioacuten de las tablas de buacutesqueda o LUTs para examinar el
contraste de una imagen
A partir de esta teacutecnica se logra utilizar maacutes apropiadamente todo el rango disponible de
niveles de grises daacutendole a la imagen una apariencia maacutes balanceada (Ver Figura 16c)
35
Figura 16 Teacutecnicas de realcea) Imagen original con su histograma b) negativo de la imagen c)
cambio en el nivel de brillo
Fuente Medina Bellera
36
Figura 17 Teacutecnicas de realce a) Imagen original con su histograma b) binarizacioacuten
de la imagen c) realce de contraste
Fuente Medina Bellera
37
2313Perfil en una imagen
Udupa et al (1993) comentan que el perfil de una imagen contiene informacioacuten
importante por ejemplo los valores maacuteximos y miacutenimos de nivel de gris seguacuten la direccioacuten
elegida nivel de ruido y naturaleza de los contornos presentes en la imagen45
2314Teacutecnicas de colores falsos y seudocolor
La teacutecnica de colores falsos usualmente se emplea cuando se desea asociar a un conjunto
de datos un conjunto de colores para distinguir en los mismos ciertos atributos tal como
ocurre cuando un sensor remoto adquiere informacioacuten en la banda de infrarrojo (la cual no
es visible) en tal caso lo que se hace es asociar el color a este conjunto de datos para
apreciar mejor los detalles Mientras que la teacutecnica de seudocolor consiste en transformar
una imagen monocromaacutetica (en niveles de gris) en una imagen a color al asignar a cada
piacutexel un color basado por ejemplo en su intensidad46
232Procesamiento basado en una regioacuten de la imagen
Las teacutecnicas de procesamiento basadas en una regioacuten usan un grupo de pixeles dentro de
la imagen a procesar con el propoacutesito de extraer informacioacuten acerca de la misma Al tener
acceso a la informacioacuten referente a la frecuencia espacial pueden actuar como filtros que
atenuacutean o realzan ciertas componentes de la frecuencia espacial contenidas dentro de la
imagen Las teacutecnicas asociadas a dicho procesamiento seguacuten Medina y Bellera son47
2321Convolucioacuten
En procesamiento de imaacutegenes Oppenheim amp Schafer (1975) afirman que la convolucioacuten
corresponde a la extensioacuten del caso unidimensional mediante la cual una sentildeal cualquiera
podiacutea ser procesada con un filtro arbitrario con una respuesta impulsiva conocida para
conocer los detalles de su implantacioacuten en el caso unidimensional asiacute como sus propiedades
45 Udupa J OdhnerD y otros (1993) ldquoThe 3DVIEWNIX software system user manualrdquo Medical Image
Group University of Pennsylvania Technical Report No MIPG203 USA 46 Ibiacutedem Medina Bellera 47 Ibiacutedem Medina Bellera
38
Matemaacuteticamente la convolucioacuten se expresa de acuerdo a la Ecuacioacuten 4
119910(119894 119895) = sum sum ℎ(119898 119899)119909(119894 minus 119898 119895 minus 119899)
1198712
minus1198711
1198702
minus1198701
Ecuacioacuten 4
Donde
x(ij) Imagen expresada como arreglo bidimensional
h(i j) Respuesta impulsiva del filtro (nuacutecleo o maacutescara de
convolucioacuten)
y(i j) Imagen de salida
Los filtros empleados en esta teacutecnica son el filtraje espacial pasa ndash bajo el cual se utiliza
para atenuar el ruido aditivo aleatorio deja el contenido de alta frecuencia inalterado
mientras que atenuacutea los contenidos de alta frecuencia y los filtros de pasa ndashalto empleados
en el examen de objetos con alto contenido de frecuencia espacial pues acentuacutean los detalles
de alta frecuencia de una imagen48
2322Filtraje no lineal de la imagen
Esta teacutecnica aplica dos tipos de filtro en especiacutefico
bullFiltro promediador consiste en sustituir por el valor promedio el nivel de gris de un
pixel siempre y cuando su magnitud sea mayor que el promedio de los niveles de gris de sus
vecinos maacutes cercanos maacutes un cierto umbral ᵋ En la Figura 18 se muestra un ejemplo del
uso de este filtro
bullFiltro mediana consiste teacutecnicamente en sustituir el pixel ubicado en el centro de la
vecindad por el pixel mediano luego de la clasificacioacuten es decir se tiene una secuencia
discreta de tamantildeo N impar entonces la mediana de tal secuencia es aquel miembro de la
secuencia para el cual (N-1) 2 elementos son maacutes pequentildeos o a lo sumo iguales y (N-1) 2
elementos son maacutes grandes En la Figura 18 se muestra un ejemplo
48 Ibiacutedem Medina Bellera
39
Figura 18 Ejemplo de filtro promediador a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido c) Imagen procesada con filtro promediador
Fuente Medina amp Bellera
Figura 19 Ejemplo de filtro mediana a) imagen original b) imagen
contaminada con ruido impulsivo c) imagen procesada con un filtro
de mediana
Fuente Medina amp Bellera
40
2323Deteccioacuten del contorno
Para Gonzalez (1987) la deteccioacuten de contornos es una de las etapas del proceso de
segmentacioacuten y tiene como objetivo particionar la imagen en regiones asociadas a los
diferentes elementos que componen la escena y que puede ser utilizada posteriormente para
el anaacutelisis automaacutetico de los mismos mediante algoritmos de reconocimiento de formas49
Un borde en una imagen es un liacutemite o contorno en el cual ocurren cambios significativos
en alguacuten paraacutemetro fiacutesico de la imagen tales como cambios en intensidad color y textura
Las teacutecnicas empleadas para el reforzamiento tienden a enfatizar los bordes de los
componentes de la escena mientras atenuacutean los valores de nivel de gris de las regiones casi
constantes en la imagen Entre los meacutetodos que se emplean para la deteccioacuten de contornos
se encuentran los basados en gradientes o derivadas de la sentildeal (Ecuacioacuten 8) y los basados
en la Laplaciana que emplea la segunda derivada es decir los puntos de cruce por cero para
realizar la deteccioacuten (Ecuacioacuten 9) En la Figura 20 se muestra un ejemplo de esta teacutecnica
Figura 20 Ejemplo de realce y deteccioacuten de
contornos a) imagen original b) realce de
contornos obtenidos mediante el gradiente c)
realce de contornos obtenido mediante el
operador de Roberts d) Realce obtenido
mediante el operador de Sobel e) contorno
resultante al procesar mediante un umbral de la
imagen obtenida en d
Fuente Medina amp Bellera
49 Gonzalez R (1987) ldquoAn Overview of Image Processing and pattern recognition techniquesrdquo en
Aminzadeth F (Editor) Handbook of Geophysical Exploration Vol 20 USA
41
nabla119891(119909 119910) =120597119891(119909 119910)
120597119909119894 +
120597119891(119909 119910)
120597119910119894 Ecuacioacuten 8
Donde
119894 Vector unitario en la direccioacuten de x
119894 Vector unitario en la direccioacuten de y
nabla2119891(119909 119910) = nabla(nabla119891(119909 119910)) =1205972119891(119909 119910)
1205971199092+
1205972119891(119909 119910)
1205971199102 Ecuacioacuten 9
Existen tambieacuten otros operadores que son empleados en este procedimiento tal como el
Operador de Roberts que aproxima el gradiente como la suma del valor absoluto del
gradiente seguacuten dos direcciones ortogonales de acuerdo a la Ecuacioacuten 10 y el Operador de
Sobel cuya imagen resultante de la acentuacioacuten estaacute dada de acuerdo a la Ecuacioacuten 11
119910(119894 119895) = |119891(119894 119895) minus 119891(119894 + 1 119895 + 1)| + |119891(119894 119895 + 1) minus 119891(119894 + 1 119895)| Ecuacioacuten 10
119910(119894 119895) = radic1198832 + 1198842 Ecuacioacuten 11
Donde
X= (1198602 + 21198603 + 1198604) minus (1198600 + 21198607 + 1198606)
Y= (1198600 + 21198601 + 1198602) minus (1198606 + 21198605 + 1198604)
2324Segmentacioacuten
Las teacutecnicas de segmentacioacuten permiten particionar la imagen en un conjunto no solapado
de regiones cuya unioacuten es la imagen completa En general las teacutecnicas de segmentacioacuten
tienden a ajustarse a las siguientes reglas
aLas regiones resultantes del proceso de segmentacioacuten debieran ser uniformes y
homogeacuteneas respecto a alguna caracteriacutestica tal como el nivel de gris o la textura
bLas regiones interiores debieran ser simples y no incluir abundantes huecos o
estructuras ruidosas
cLas regiones adyacentes en una segmentacioacuten debieran tener valores diferentes con
respecto a la caracteriacutestica seguacuten la cual son uniformes
dLos liacutemites de cada segmento debieran ser lo maacutes simple posibles
Entre las teacutecnicas que se emplean para la segmentacioacuten se encuentran
bullSegmentacioacuten basada en el uso de umbral permite separar un objeto dentro de la
imagen del fondo que lo circunda la teacutecnica se basa en comparar alguna propiedad de una
42
imagen con un umbral fijo o variable realizando tal comparacioacuten para cada uno de los
pixeles que conforman la imagen si el valor de la propiedad de un pixel supera el valor del
umbral entonces el pixel pertenece al objeto en caso contrario el pixel pertenece al fondo
bullSegmentacioacuten por crecimiento de regiones cuyo meacutetodo consiste en seleccionar un
piacutexel y examinar a sus vecinos para decidir si tiene caracteriacutesticas similares si las tiene el
pixel vecino forma una regioacuten agrupaacutendose con los demaacutes similares
En la Figura 21 se puede apreciar un ejemplo del empleo de esta teacutecnica
Figura 21Ejemplo de segmentacioacuten a) imagen original
correspondiente a una ventriculografiacutea b) histograma c) segmentacioacuten
obtenida mediante un umbral d) forma del ventriacuteculo obtenida luego de
eliminar de manera automaacutetica los pixeles ruidosos de c
Fuente Medina amp Bellera
24Extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Las caracteriacutesticas de las imaacutegenes como color textura forma bordes y estructura son
propiedades extraiacutedas automaacuteticamente a partir del procesamiento digital de imaacutegenes y
teacutecnicas de visioacuten de computador Yang (2004) explica que la extraccioacuten de estas
caracteriacutesticas permite obtener la descripcioacuten del contenido visual de una imagen digital50
50 Yang C (2004) ldquoContent ndash based image retrieval a comparison between query by example and image
browsing map approaches Journal of information Science 3(30) 254 ndash 267
43
En la Figura 22 se puede ver la representacioacuten vectorial de las caracteriacutesticas n-
dimensionales de una imagen
Figura 22 Proceso de extraccioacuten de caracteriacutesticas visuales de una imagen
Fuente Martiacutenez et al (2016)
Mera (2012) propone una clasificacioacuten de las caracteriacutesticas de las imaacutegenes
241Caracteriacutesticas cromaacuteticas
Son las caracteriacutesticas asociadas al color Existen diferentes sistemas que permiten
representar el color en una imagen uno de ellos es a traveacutes de un sistema de coordenadas
tridimensional en el que se expresa cada color como un vector51
242Caracteriacutesticas de textura
La Serna Contreras y Ruiz (2010) definen textura como a repeticioacuten de un patroacuten que
puede tener un periacuteodo de reproduccioacuten bien definido o con ciertas alteraciones52 Su anaacutelisis
computacional seguacuten Narvaez (2010) es una buena fuente para la extraccioacuten de informacioacuten
cliacutenica Por ejemplo el anaacutelisis de textura de una mamografiacutea obtiene informacioacuten acerca de
la distribucioacuten de tejidos con lo cual se puede determinar la presencia o ausencia de una
patologiacutea53
51 Ibiacutedem Medina et al (2016) 52 La Serna N Contreras W Ruiz M (2010) ldquoProcesamiento digital de texturas Teacutecnicas utilizadas en
aplicaciones actuales de CBIRrdquo Revista de Investigacioacuten de Sistemas e Informaacutetica 1(7) 57 ndash 64 53 Narvaez F (2010) ldquoRecuperacioacuten de imaacutegenes por anaacutelisis de contenido para apoyo en el estudio de masas
44
Distintos autores5455 coinciden en la clasificacioacuten en 4 categoriacuteas de las caracteriacutesticas de
texturas estadiacutesticos basados en modelos geomeacutetricos o estructurales y los basados en
transformadas o procesado de sentildeales
243Caracteriacutesticas de forma
Medina et al (2016) al respecto de esta caracteriacutestica comentan que todas las teacutecnicas
empleadas para la representacioacuten del contenido de la imagen usando la informacioacuten que se
pueda extraer de los objetos identificados por la percepcioacuten visual son difiacuteciles de
implementar cuanto maacutes reales sean las imaacutegenes debido a que los objetos que la conforman
se encuentran solapados56
25Postproceso de imaacutegenes meacutedicas
El postproceso de los datos de imaacutegenes meacutedicas parte de una premisa primordial los
datos originales deben tener una calidad excelente para la finalidad que se pretende57
A continuacioacuten se describen las teacutecnicas de postproceso maacutes empleadas de acuerdo a lo
que proponen Manjoacuten et al58
251Postproceso morfoloacutegico
Incluye teacutecnicas en las que la informacioacuten se visualiza de forma distinta a como se
adquiere con especial eacutenfasis en la visualizacioacuten de un volumen de datos Entre ellas
bullReconstruccioacuten multiplanar permite reconstruir de una adquisicioacuten con particiones
transversales imaacutegenes con una orientacioacuten sagital coronal oblicua e incluso curva o de
trayecto libre Las imaacutegenes reconstruidas resultantes pueden tener un espesor variable
facilitaacutendose asiacute la visualizacioacuten y deteccioacuten de lesiones59
mamograacuteficas Primera aproximacioacuten para un CAD colombianordquo en Memorias del IV Congreso
Iberoamericano de Imagen Mamaria ndash XXXV Congreso Colombiano de Radiologiacutea Bogotaacute Colombia 54 Howard P (2007) ldquoDiscovering images features similarities and subspacesrdquo Departament of Computing
University of London Imperial College of Science Technology and Medicine London 55 Maldonado J (2008) ldquoEstudio de meacutetodos de indexacioacuten y recuperacioacuten en bases de datos de imaacutegenesrdquo
San Sebastiaacuten Facultad de Informaacutetica Universidad del Paiacutes Vasco 56 Ibiacutedem Medina et al (2016) 57 Martiacute ndash Bonmatiacute L (2002) ldquoMR Image acquisition from single slice to multislice En 3D Image Processing
techniques and clinical applicationsrdquo Editores Caramella D y Bartolizzi C Springeer ndash Verlag Berliacuten 58 Manjoacuten J Martiacute ndash Bonmatiacute L Robles M Celda B ldquoPostproceso en Imagen Meacutedica morfologiacutea funcional
y molecularrdquo Monograacutefico Radiologiacutea Digital 59 Cody D (2002) ldquoImage processing in CTrdquo Radiographics 22 1255 ndash 1268
45
bullVisualizacioacuten volumeacutetrica teacutecnica de representacioacuten de una alta calidad a partir de
datos obtenidos tras un proceso de clasificacioacuten por paralelepiacutepedos basados en el brillo60
bullSegmentacioacuten proporciona medidas cuantitativas de la extensioacuten o el volumen de
distintas estructuras anatoacutemicas o patoloacutegicas Entre los algoritmos maacutes utilizados para la
segmentacioacuten caben destacar las redes neuronales los basados en umbralizacioacuten y
proximidad y los meacutetodos multiespectrales (Manjoacuten Martiacute ndash Bonmatiacute Robles amp Celda)
252Postproceso funcional
Incluye las herramientas de la perfusioacuten la activacioacuten y la difusioacuten molecular del agua
La resonancia magneacutetica es la teacutecnica que maacutes se ajusta a estas herramientas
253Postproceso en imagen molecular ndash espectroscopia de la imagen
Esta teacutecnica estaacute ligada a las tecnologiacuteas PET y SPECT y consiste en detectar la
acumulacioacuten de un medio de contraste exoacutegeno en una regioacuten anatoacutemica especiacutefica por
emisioacuten radioactiva61
26Visualizacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
La visualizacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas puede realizarse mediante la impresioacuten de la
imagen en una placa radiograacutefica o en un papel teacutermico o bien visualizarlo en un monitor
en forma temporal
60 Calhoun P Kuszyk B Heath D Carley J Fishman E (1999) ldquoThree ndash dimensional volumen rendering
of spiral CT data theory and methodrdquo Radiographics 19 745 ndash 764 61 Ibiacutedem Manjoacuten et al
Capiacutetulo 3
Fundamentos biomecaacutenicos de la ortodoncia
Antes de explicar los fundamentos biomecaacutenicos de la Ortodoncia es conveniente
detallar algunos conceptos y datos histoacutericos de esta ciencia hasta la actualidad
31Definicioacuten de Ortodoncia
Hernaacutendez Benavides (2016) define la palabra ldquoortodonciardquo como un derivado de los
vocablos griegos orto (recto) y odoacutentos (diente) que se traduce como diente recto y su
propoacutesito es corregir las irregularidades en las posiciones dentarias Angle (1907) define a
la ortodoncia como la correccioacuten de las maloclusiones de los dientes y Noyes (1911) lo
define como ldquoel estudio de relacioacuten de los dientes con el desarrollo detenido y pervertidordquo
Aparte de este concepto hay otra definicioacuten que se utiliza mucho en la odontologiacutea que
es ldquoortopediardquo derivado de los vocablos griegos orto (recto) y paidos (nintildeo) Este teacutermino se
refiere a los tratamientos en los nintildeos
32Historia y evolucioacuten de la ortodoncia
El teacutermino ortodoncia no es un concepto moderno se tienen registros de artefactos que
fueron disentildeados con la finalidad de corregir las posiciones de los dientes en las
civilizaciones egipcias griegas y mayas
Hipoacutecrates (460-377 aC) fue de los primeros en registrar la mala posicioacuten de los dientes
como una dolencia en su sexto libro de las epidemias por ello los griegos fueron los
primeros en desarrollar meacutetodos y artefactos para la correccioacuten de este problema
48
Figura 23 Artefactos encontrados en momias de la antigua Grecia
Fuente Raga J (2018) Blog de la Ortodoncia Invisible de Joan Raga
Ortodoncia Obtenido de httpswwwjoanragacomblogp=2644
En la edad media y en el renacimiento los meacutetodos utilizados eran muy rudimentarios no
se conociacutea el teacutermino ldquodentistardquo y estas praacutecticas eran ejercidas por barberos de la eacutepoca
No fue hasta el siglo XVII cuando Pierre Fauchard con su obra ldquoEl Cirujano Dentistardquo
(1728) la cual se considera el principio de la era cientiacutefica de la odontologiacutea luego con su
obra ldquoTratamiento de las irregularidades dentariasrdquo se registra el primer aparato (Bandeau
de Fauchard) para la mejora de la esteacutetica dentaria De igual manera Etienne Bourdet (1757)
crea un aparato similar al de Fauchard
Figura 24 Bandeau de Fauchard
Fuente Orthodontist Catonsville (2015) Braces Through The Ages
Obtenido de httpsorthodonticassoccombracesbraces-through-the-
ages
John Hunter (1771) con sus obras ldquoLa historia natural de los dientes humanosrdquo y ldquoTratado
praacutectico de las enfermedades de los dientesrdquo establece las bases del inicio de la era moderna
de la ortodoncia cliacutenica
49
En la primera mitad del siglo XIX se destaca Joseph Fox (1803) con su obra ldquoLa Historia
Natural de los dientesrdquo en el cual describe un aparato ortodoacutentico muy parecido a los de
Fauchard y Bourdet
No se puede hablar de la historia de la ortodoncia sin mencionar a Edward H Angle
quien es considerado el ldquoPadre de la Ortodonciardquo publicando su libro ldquoSistema de aparatos
para corregir irregularidades de los dientesrdquo en 1892 con el cual establece el comienzo de
la ortodoncia moderna En 1901 formoacute la primera escuela para la formacioacuten de odontoacutelogos
como especialistas en ortodoncia en 1905 presentoacute la clasificacioacuten de las maloclusiones62
que sigue en vigencia hasta la actualidad
Figura 25 Clasificacioacuten de maloclusiones seguacuten Angle
Fuente Guty (2014) Maloclusiones maacutes frecuentes Obtenido de
httpuvsfajardosldcu32-maloclusion-definicion-maloclusiones-mas-
frecuentes
Edward H Angle es considerado un genio mecaacutenico debido a que gran parte de la
aparatologiacutea utilizada en la actualidad fueron disentildeados por eacutel de igual manera mucho de
los principios de la ortodoncia que siguen en vigencia Debido a la gran importancia del
aporte de este profesional se daraacute algunos detalles de su vida y sus aportes a la ortodoncia
moderna
321Edward Hartley Angle
Considerado el ldquopadre de la ortodoncia modernardquo probablemente no hay otro profesional
que haya aportado maacutes que eacutel a esta rama de la ciencia dental
62 Mal alineamiento o posicionamiento de los dientes superiores yo inferiores
50
Nacioacute el 1 de junio en Herrick Pensilvania licenciado en 1878 en el instituto de cirugiacutea
oral de Filadelfia Fue nombrado profesor de ortodoncia en la universidad de Minnesota en
1886 entre los antildeos 1886-1913 publicoacute gran cantidad de artiacuteculos entre los cuales destaca
el publicado en 1899 en la revista Dental Cosmos titulado ldquoAnglersquos Classification of
Malocclusionrdquo Angle tiene en su haber maacutes de 46 patentes de dispositivos en ortodoncia
siendo el maacutes importante el alicate de Angle presentado en 1899 Fundador de varias
sociedades y revistas odontoloacutegicas siendo la maacutes importante la revista especializada en
ortodoncia ldquoThe American Orthodoncistrdquo (1907-1918) (Hernaacutendez Adelantado 2010)
Los primeros cursos dictados por Angle teniacutean una corta duracioacuten (12 semanas) donde
se ensentildeaba las teacutecnicas mecaacutenicas en forma teoacuterica (Gonzalvez Bertot amp Garcia Gonzaacutelez
2011)
322Clasificacioacuten de maloclusiones
La clasificacioacuten de maloclusiones es muy importante en el diagnoacutestico del paciente por
ello distintos autores han tratado de clasificar estas malformaciones en los dientes del
hombre siendo Fox (1803) el que dio una primera clasificacioacuten pero no fue hasta 1899
cuando Angle publicoacute un artiacuteculo sobre su clasificacioacuten de maloclusiones causando gran
revuelo y gracias a esto la ortodoncia se fue estructurando como especialidad (Almandoz
Calero 2011)Basado en estudios de craacuteneos y seres vivos establecioacute los principios de
oclusioacuten Angle se percatoacute que el primer molar superior se encuentra bajo el contrafuerte
lateral del arco cigomaacutetico lo llamoacute cresta llave del maxilar superior y consideroacute esta
relacioacuten bioloacutegicamente invariable basaacutendose en esa idea ideoacute un esquema bastante simple
y universalmente aceptado Dividioacute las maloclusiones en tres grandes grupos Clase I Clase
II y Clase III (Almandoz Calero 2011)
3221Maloclusioacuten clase I
Conocida tambieacuten como una oclusioacuten normal presenta relaciones mesiodistales
normales de los maxilares y arcos dentales principalmente presenta variaciones de la liacutenea
de oclusioacuten en la zona de incisivos y caninos Los arcos dentales estaacuten contraiacutedos y por esto
se encuentran dientes apintildeados y fuera de arco
51
Figura 26 Maloclusioacuten clase I
Fuente (Vellini 2002)
3222Maloclusioacuten clase II
Los primeros molares inferiores ocluyen a su relacioacuten normal con los primeros molares
superiores en maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado Existen 2
subdivisiones cuya diferencia se presenta en los incisivos siendo protruidos en la primera y
retruidos en la segunda
Figura 27 Maloclusioacuten clase II
Fuente (Vellini 2002)
3223Maloclusioacuten clase III
Presenta oclusioacuten mesial de ambas hemiarcadas del arco dentario inferior hasta la
extensioacuten de maacutes de una mitad del ancho de una cuacutespide de cada lado existe inclinacioacuten
lingual en los incisivos inferiores y caninos (Almandoz Calero 2011)
Figura 28 Maloclusioacuten clase III
Fuente (Vellini 2002)
52
De igual manera que este tipo de clasificacioacuten de maloclusiones detallada por Angle
existen otros expertos que dieron su propia clasificacioacuten las cuales se explicaran en la
siguiente tabla
Tabla 3 Otras clasificaciones de maloclusiones
Autor Antildeo Clasificacioacuten Base de clasificacioacuten
Lischer 1911 - Malposicioacuten de los dientes
- Relacionales anormales de las
arcadas
- Malposicioacuten de los maxilares
- Malposicioacuten de la mandiacutebula
Basada en la clasificacioacuten
de E Angle
Simon 1922 - Anomaliacuteas anteroposteriores
- Anomaliacuteas transversales
- Anomaliacuteas verticales
Basada en principios
morfoloacutegicos
Ackerman
y Proffit
1960 - Aspecto dentofacial
- Alineamiento
- Anteroposterior
- Transversal
- Vertical
Por medio de un diagrama
de Venn63 identifican
cinco caracteriacutesticas de
maloclusioacuten
Ramoacuten
Torres
1966 Lo divide en dos grandes grupos
Congeacutenitas
- Herenciales
- Embriopaacuteticas
- Nutritivas
- En el momento de nacer
Adquiridas
- Funcionales
- Hormonales
- Metaboacutelicas
Da una clasificacioacuten desde
el punto de vista
etioloacutegico64
Fuente Elaboracioacuten propia Informacioacuten extraiacuteda de (Almandoz Calero 2011)
323Aparatologiacutea de Angle
Como se mencionoacute anteriormente Edward Angle tiene cuarenta y seis patentes de
dispositivos entre los cuales se destaca
3231El arco E (1890)
Consistiacutea en un arco vestibular unido por soldadura a dos bandas con tornillos en los dos
primeros molares Usaba anclaje simple y realizaba movimientos coronales de la dentadura
este dispositivo se vendiacutea en cartones para que simplemente sea soldado e instalado en el
paciente
63 Esquemas utilizados en la teoriacutea de conjuntos 64 Estudio del origen de la enfermedad
53
Figura 29 Arco E
Fuente (Balarezo G 2013)
3232El aparato pin y tubo (1911)
Para mejorar el control de los dientes los arcos se cambiaban cuando los dientes sufriacutean
alguacuten movimiento Su construccioacuten era difiacutecil a pesar de esto fue uno de los primeros
dispositivos que teniacutean control en el movimiento de las raiacuteces (Balarezo G 2013)
Figura 30 Aparato pin y tubo
Fuente (Steiner 1933)
3233El aparato arco cinta (1913)
Presentaba brackets con ranuras verticales el arco seguiacutea el modelo de la maloclusioacuten
Este sistema presentaba control de fuerza y grado de anclaje estacionario sin embargo con
este dispositivo no se podiacutea realizar los movimientos de masas que era requerido por gran
cantidad de pacientes (Balarezo G 2013)
54
Figura 31 Aparato arco cinta
Fuente (Balarezo G 2013)
3234El arco de canto (1928)
Tambieacuten conocido como aparato Edgewise Edward Angle modificoacute el bracket siguiendo
con las necesidades de sus pacientes el nuevo bracket consistiacutea en una caja de 0022
pulgadas de altura con una profundidad de 0028 pulgadas con slot abierta Por intermedio
de este bracket se pudo controlar el movimiento dentario en los tres planos del espacio
logrando el torque Es considerada una de sus mejores contribuciones para la ortodoncia
contemporaacutenea (Balarezo G 2013)
Figura 32 Arco de canto
Fuente (Steiner1933)
3235Alicate 139 de Angle o pico de paacutejaro
Considerado como el mayor aporte tecnoloacutegico por parte de Edward Angle Posee un
bocado coacutenico redondeado y otro bocado piramidal se utiliza para la conformacioacuten de loops
omegas yo ansas (Lamonica 2015)
55
Figura 33 Alicate de Angle
Fuente httpsmundodentalcbcomalicates-
de-corte-alambre-grueso-alicates-para-
doblar32723-alicate-angle-con-corte-
centralhtml
324Aparatologiacutea moderna
Para realizar el tratamiento ortodoacutentico es necesario herramientas y elementos los cuales
se pueden dividir en
3241Auxiliares de cementado
Herramientas utilizadas para el cementado (pegado y colocacioacuten) del bracket entre las
cuales se tiene pinzas para colocar elastoacutemeros mordillos pusher porta brackets porta
tubos posicionador de bracket
3242Pinzas para sostener alambres
Alicates utilizados para la sujecioacuten o sostenimiento de los alambres retenedores o hooks
cuentan con bocados levemente ranurados Los maacutes utilizados son
bullAlicate de How Cuenta con bocados rectos o angulados
Figura 34 Alicate de How
Fuente httpsimperorthocomesalicate-de-how-recto
56
bullAlicate Weingart Cuenta con bocados ranurados curvos y redondeados para confort
de los labios
Figura 35 Alicate Weingart
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Cinch Back Cuenta con bocados maacutes finos para acceder a lugares estrechos
Figura 36 Alicate Cinch Back
Fuente httpsdent-thelcomtiendaalicate-cinchback
3243Pinzas para doblar y contornear alambres
Para la preparacioacuten de los loops ansas omegas etc se necesitan pinzas sin ranuras para
evitar el deterioro de los alambres Las pinzas maacutes utilizadas son
bullAlicate de tres picos Utilizado para la activacioacuten de quadhelix y omegas de aparatos
ortopeacutedicos
57
Figura 37 Quadhelix
Fuente
httportodonciaplicadalaprotesisdentalblogsp
otcom201905quad-helixhtml
bullAlicate de media cantildea u occulist Utilizado para conformacioacuten de loops y omegas
bullAlicate de Tweed para loops Utilizado para la conformacioacuten de omegas loops
cerrados o pequentildeosAlicate de Jarabak Cuenta con bocados planos con canaletas para la
sujecioacuten del alambre
Figura 38 Alicate de Jarabak
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate escalera Utilizado para confeccionar escalones como ansas del mismo tamantildeo
Figura 39 Alicate escalera
Fuente httpswwwdentoshoppecategoriesgac-
alicates-e-instrumentos
58
bullAlicate escalera de Nance Utilizado para confeccionar agarres para gomas
bullAlicate Hilgers o Bayoneta Permite la confeccioacuten de escalones derechos o izquierdos
de 1 05 y 075 mm gracias a su disentildeo dual
Figura 40 Alicate Bayoneta
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate Tweed de desviacuteo Utilizado para dar torque y en la confeccioacuten de ansas
bullAlicate de Young Utilizado con alambres de mayor calibre que son usados en aparatos
de ortopedia
3244Pinzas para cortar alambres y ligaduras metaacutelicas
Cuando es realizado el procedimiento queda un excedente del alambre o arco escogido
para ello se utiliza este tipo de pinzas Entre las cuales estaacuten
bullAlicate de corte distal con agarre Capacidad de corte en arcos redondos de 0020 pulg
y 0022 pulg x 0028 pulg en rectangulares
Figura 41 Alicate de corte distal con
agarre
Fuente (Lamonica 2015)
bullAlicate para alambres pesados Tambieacuten conocido como el Gran John capacidad de
corte de alambres hasta de 0080 pulg
59
bullAlicate para corte de ligaduras metaacutelicas Para corte de alambres livianos con una
medida de hasta 0015 pulg de diaacutemetro
3245Pinzas para confeccioacuten de ligaduras metaacutelicas
Utilizado para confeccioacuten de ligaduras con alambres de hasta 0030 pulg
Figura 42 Ligadura metaacutelica
conformada
Fuente (Lamonica 2015)
3246Pinzas para amarrar ligaduras
Cuando se ha instalado el arco en la boca se debe ligar con los brackets para ello son
utilizadas estas pinzas Entre las principales pinzas utilizadas se tiene Mathieu Mathieu
curva mosquito twirl on
3247Pinzas para retirar brackets y bandas
Una vez finalizado el tratamiento se procede a retirar los brackets y otros elementos
utilizados para ello se utilizan estas pinzas se tiene pinzas para sacar bandas y para sacar
brackets
Figura 43 Pinza para sacar brackets
Fuente (Lamonica 2015)
60
33Ortodoncia en el Peruacute
No existe pruebas sobre tratamientos ortodoacutenticos en el Peruacute antes de la conformacioacuten de
la Sociedad Peruana de Ortodoncia
331Sociedad Peruana de Ortodoncia
Los doctores Ricardo Salazar Southwell Augusto Taiacuteman Villar y Arturo Rojas Mesiacuteas
el 14 de enero de 1943 decidieron fundar esta sociedad especializada con la finalidad de
difundir y atraer a otros colegas para que puedan practicar esta especialidad
El Dr Augusto Taiacuteman Villar fue el primer profesor de Ortodoncia en el Peruacute el cual
ensentildeoacute en la Facultad de Odontologiacutea de la Universidad Nacional Mayor San Marcos
fundada en 1946
Esta sociedad desde su fundacioacuten ha pasado por un periacuteodo de madurez en la actualidad
es considerada como una de las instituciones maacutes prestigiosas de la odontologiacutea
En la actualidad la ortodoncia en nuestro paiacutes ya no es considerada una especialidad
esteacutetica que estaba dirigida a un privilegiado grupo de nuestra poblacioacuten gracias al avance
tecnoloacutegico y al aporte de las nuevas generaciones
34Tipos de ortodoncia
Existen varias clasificaciones de la ortodoncia en esta investigacioacuten se hablaraacute de los dos
grandes grupos ortodoncia removible y ortodoncia fija
341Ortodoncia removible
Es un aparato acriacutelico que se coloca en el soporte de los molares se utiliza para la
correccioacuten de defectos de mordida en nintildeos su uso en adultos no es efectivo Los efectos
de correccioacuten de este tipo de ortodoncia dependen del tiempo de uso mientras maacutes horas se
lleve puesto mejores seraacuten los resultados
61
Figura 44 Aparato ortodoacutentico removible
Fuente Inma A (2019) Webconsultas
Healthcare Obtenido
dehttpswwwwebconsultascombelleza-
y-bienestarhigiene-bucaltipos-de-
ortodoncias-5457
342Ortodoncia fija
Es la maacutes utilizada se compone por brackets los cuales pueden ser metaacutelicos o ceraacutemicos
Son utilizados tanto en nintildeos como en adultos La principal diferencia respecto a la
removible es que esta uacuteltima ayuda a desplazar cada pieza dental de forma individual y en
cualquier direccioacuten
Figura 45 Brackets metaacutelicos labiales
Fuente
httpsideasmercadolibrecomarbienestart
ipos-de-brackets
35Brackets
Existen dos grandes tipos de brackets que son labiales y linguales En esta investigacioacuten
se estudiaraacute un caso cliacutenico de un bracket lingual pero es conveniente explicar las grandes
diferencias de estas dos clasificaciones
351Brackets labiales
62
Son los brackets convencionales se colocan en la parte externa del diente se le conocen
como labiales debido a que los brackets estaacuten en contacto con los labios Dentro de este tipo
de brackets existe una subclasificacioacuten debido al material utilizado en su fabricacioacuten
bullBrackets metaacutelicos fabricados con una aleacioacuten de acero inoxidable y niacutequel
bullBrackets esteacuteticos tambieacuten conocidos como brackets transparentes para su fabricacioacuten
se utiliza estos materiales ceraacutemica zafiro policarbonato y sistema Damon Clear
Tabla 4 Diferencias de brackets esteacuteticos
Diferencias de los brackets esteacuteticos
Policarbonato Ceraacutemicos Zafiro Damon Clear
Resistencia Se deforman con
el tiempo
Son maacutes fraacutegiles que los
metaacutelicos
Alta
resistencia
Igual resistencia
que los metaacutelicos
Adhesioacuten Muy baja Muy baja Mejor que los
ceraacutemicos
Su disentildeo les
brinda una alta
adhesioacuten
Esteacutetica Son transparentes
pero se manchan
faacutecilmente
Son de colores claros No se
manchan ni
decoloran
No se manchan ni
decoloran
Fuente Sandoval Y (2019) Brackets guiacutea completa Tipos precios caracteriacutesticas y opiniones
Obtenido de httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
Figura 46 Brackets metaacutelicos
Fuente httpswwwdentalyorgesortodonciabrackets
63
Figura 47 Brackets ceraacutemicos
Fuente
httpssoluciondentalpebracketsesteticoscerami
cos
352Brackets linguales
El sistema y funcioacuten es igual al de los brackets labiales sin embargo se adhieren a la
cara interna de los dientes de alliacute proviene su nombre ya que estaacute en contacto con la lengua
son conocidos tambieacuten como brackets invisibles pero este tipo de ortodoncia presenta ciertas
desventajas
bullMayor incomodidad en los pacientes
bullMaacutes caros
bullLimpieza maacutes difiacutecil por la posicioacuten de los brackets
Figura 48 Brackets linguales
Fuente httpsortodonciaexclusivacom7-
verdades-sobre-la-ortodoncia-lingual
Antes de presentar los fundamentos de la biomecaacutenica en la ortodoncia es necesario
definir conceptos referidos a la mecanobiologiacutea de tejidos
36Mecanobiologiacutea de tejidos
64
La mecanobiologiacutea estudia los mecanismos mediante los cuales las ceacutelulas responden a
un estiacutemulo mecaacutenico La mecanobiologiacutea crea una interaccioacuten entre la mecaacutenica y la
biologiacutea haciendo uso de experimentos bioloacutegicos y herramientas computacionales
Cabe resaltar que la mecanobiologiacutea se puede dividir en cuatro aacutereas celular de tejidos
de oacuterganos y de patologiacuteas y enfermedades
La mecanobiologiacutea define una relacioacuten entre el comportamiento mecaacutenico y celular de
los tejidos sin embargo la biomecaacutenica tiene conocimiento que los tejidos no pueden
igualarse a otro material de ingenieriacutea Esto debido a los continuos procesos de regeneracioacuten
y remodelacioacuten en relacioacuten de los esfuerzos a los cuales son sometidos En el cuerpo humano
existen dos tipos de tejidos tejidos blandos y tejidos duros
361Tejidos blandos
La pulpa dentaria es un tejido blando del diente sin embargo existe otro el ligamento
periodontal cuyo estudio es muy importante para entender el comportamiento frente a los
estiacutemulos mecaacutenicos
La pulpa dentaria tambieacuten conocida como pulpa dental es un tejido conectivo su funcioacuten
es la contencioacuten de vasos sanguiacuteneos por lo cual es la responsable de la sensibilidad del
diente tambieacuten es la encargada de mantener la vitalidad de la dentina
Figura 49 Pulpa dentaria
Fuente
httpsodontobasicoswordpresscomtejid
os-dentariospulpa-dental
Las funciones principales se pueden resumir en la tabla 5
65
Tabla 5 Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Caracteriacutesticas de la pulpa dental
Inductora Induce a las ceacutelulas vecinas a generar los tejidos que
rodean al diente fundamentalmente durante su
crecimiento
Formativa Forma dentina durante toda la vida del diente
Reparativa Forma una dentina reaccionaria frente a agentes
externos
Metaboacutelica Encargado de la formacioacuten del tejido
Sensitiva Contiene los nervios del diente
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
El tejido maacutes importante en la ortodoncia es el ligamento periodontal conocido tambieacuten
como periodonto Contiene fibras ricas en colaacutegeno cuya funcioacuten es conectar el cemento de
la raiacutez dental con el alveolo oacuteseo creando la suspensioacuten del diente en ese alveolo de esta
manera absorbe la fuerza durante el proceso de masticacioacuten Una prioridad a lo largo de la
vida es mantener una capacidad masticatoria adecuada el periodonto es un tejido que
permite optimizar la posicioacuten dentaria siendo esencial para evitar una maloclusioacuten
Figura 50 Tejidos del diente
Fuente httpswwwpropdentalesendodonciapulpa-dental
Existen muchas definiciones del ligamento periodontal visto desde los biomateriales
entre las que destacan sustancia de fibra reforzada con comportamiento no lineal tejido
isotroacutepico con comportamiento lineal y tejido anisotroacutepico con comportamiento lineal y no
lineal En consecuencia a las caracteriacutesticas intriacutensecas del ligamento no existe una
definicioacuten unaacutenime que detalle el comportamiento mecaacutenico por lo tanto se dificulta la
66
interpretacioacuten de los resultados en los estudios Por lo tanto esas diferencias en los
resultados obtenidos se pueden explicar por la suposicioacuten de los autores Asimismo en la
biomecaacutenica el estudio del ligamento periodontal cuatro teacutecnicas numeacutericas modelo
elaacutestico-lineal hiperelaacutestico viscoelaacutestico y de muacuteltiples fases
362Tejidos duros
Los tejidos duros presentes en los dientes son los que se muestran en la figura 51
Figura 51 Tejidos duros del diente
Fuente httpwwwortodonciamaxcomp=1094
El esmalte es un tejido acelular avascular e inervado cubre a la dentina a nivel coronal
es trasluacutecido Es el tejido calcificado maacutes duro el cual es producido por ameloblastos65
La dentina es el tejido que provee mayor volumen y forma del diente se ubica tanto en
la corona66 como en la raiacutez67 del diente a pesar de su dureza es inervada Estaacute compuesto
por tuacutebulos microscoacutepicos (pequentildeos tubos) que contienen principalmente colaacutegeno
Presenta sensibilidad frente a estiacutemulos externos de tipo teacutermico quiacutemico o taacutectil esta
sensibilidad es ocasionado por los tuacutebulos internos
El cemento radicular tiene como funcioacuten principal la sujecioacuten del diente al hueso alveolar
cubre la raiacutez del diente Es producido por los cementoblastos
Existe otro tejido duro que no es propiamente del diente pero es muy importante el hueso
alveolar o alveolo Estaacute presente en los maxilares superior e inferior contiene las cuencas o
alveolos Es un tejido mineralizado que estaacute conformado por un 33 de matriz orgaacutenica
(28 de colaacutegeno tipo I el resto es una proteiacutena no colaacutegena)
65 Ceacutelulas encargadas de la formacioacuten del esmalte dental 66 Parte visible del diente 67 Parte oculta del diente
67
Se sabe que la estructura de los tejidos oacuteseos no es uniforme debido a la porosidad existen
dos tipos de hueso los cuales son hueso cortical y hueso trabecular
3621Hueso trabecular
Su porosidad se encuentra entre el 75 y 95 de porosidad el valor de su moacutedulo de
elasticidad es considerado similar al del hueso cortical comprendido entre 15 hasta 20 GPa
pero le adjudican un valor de rigidez menor comprendido entre 075 y 10 GPa
Para la determinacioacuten del valor del moacutedulo de elasticidad se desarrollaron varios ensayos
es asiacute como McNamara (2006) desarrolloacute un modelo soacutelido obteniendo 4 trabeacuteculas de hueso
vivo que posteriormente fueron procesadas con micro-CT y analizadas mediante el meacutetodo
de elementos finitos Este modelo permitioacute apreciar la reaccioacuten a cargas sobre un modelo
con morfologiacutea real (incluyendo lagunas de reabsorcioacuten activas) El estreacutes se observaba
elevado en el fondo de las lagunas de reabsorcioacuten y aumentariacutea la actividad osteoclaacutestica
maacutes allaacute de lo que inicialmente estaba previsto para renovar el hueso antiguo o dantildeado y
tambieacuten evitan la distribucioacuten homogeacutenea de la carga a lo largo de la trabeacutecula
Figura 52 Ensayo de McNamara realizado en el 2006 con 4 trabeacuteculas de
hueso vivo bajo el meacutetodo de elementos finitos
Fuente (McNamara Van der Linden Weinans amp Prendergast 2006)
Smit y Burger (2000) establecieron la hipoacutetesis que si la deformacioacuten baja (desuso) activa
los osteoclastos mientras que si la deformacioacuten aumenta (sobrecarga media) se activan los
osteoblastos para rellenar la BMU68 Estos datos se observaron con unas medidas de estreacutes
68 El proceso de remodelacioacuten involucra grupos de diferentes ceacutelulas que presumiblemente funcionan como
68
no mayores de 16 MPa y de deformacioacuten no mayores de 3074 microε y con modelos
informaacuteticos de trabeacutecula ideales (sin obtenerlas de trabeacuteculas in vivo)
Figura 53 Modelo de elementos finitos utilizado en la
investigacioacuten
Fuente (Smit amp Burger 2000)
3622Hueso cortical
Es una formacioacuten oacutesea densa forma una especie de corteza alrededor de huesos
esponjosos Su porosidad variacutea de 5 a 10
Los valores de sus propiedades mecaacutenicas son menos dispersos que los encontrados en el
hueso trabecular En general el moacutedulo de elasticidad se encuentra entre 15-20 GPa la
resistencia a la tensioacuten se encuentra entre los 80-150 MPa y la resistencia a la compresioacuten
entre los 90-280 MPa debido principalmente al caraacutecter anisotroacutepico del hueso La
resistencia a la compresioacuten es de 200 110 y 100 MPa en la direccioacuten longitudinal tangencial
y radial respectivamente
Se debe considerar que los valores de resistencia del hueso cortical son variables en
funcioacuten de la edad
unidades organizadas llamadas unidades multicelulares baacutesicas Siglas en ingleacutes Basic Multicellular Units
(BMU)
69
Tabla 6 Variacioacuten de las propiedades del hueso cortical
Edad [Antildeos] Resistencia a la tensioacuten
maacutexima [MPa]
Porcentaje de
deformacioacuten []
30 120 33
100 70 1
Fuente (McCalden McGeough Baker amp Court-Brown 1993)
En 2001 Zioupus con su investigacioacuten observa que el hueso cortical femoral a partir de
los 35 antildeos experimenta una disminucioacuten por deacutecada del moacutedulo elaacutestico de 035 GPa de
resistencia a la flexioacuten de 625 MPa y de energiacutea de fractura (tenacidad) de 003 KJm2
asimismo el tamantildeo de las microgrietas incrementa con la edad con valores de 500 microm a los
35 antildeos y de hasta 1 mm de longitud a los 92 antildeos
37Remodelacioacuten oacutesea en ortodoncia
Debido a las fuerzas generadas en la ortodoncia estas producen una activacioacuten de las
ceacutelulas del tejido adyacente al diente que ayudan con el movimiento dental Estos
mecanismos son importantes para el comportamiento bioloacutegico frente al tratamiento
ortodoacutentico
Al existir las fuerzas ortodoacutenticas se genera una serie de hechos celulares y moleculares
estas fuerzas generan remodelacioacuten de los tejidos adyacentes a los dientes
371Fases del remodelado oacuteseo
El proceso de remodelacioacuten se puede dividir en 4 fases principales
3711Fase I
Las ceacutelulas madre hematopoyeacuteticas69 se transforman en progenitores mieloides que al
tener contacto con el factor estimulante de granulocitos macroacutefagos se transforman en
precursores osteoclaacutesticos
3712Fase II
69 Ceacutelula que se puede transformar en cualquier tipo de ceacutelulas sanguiacuteneas Tambieacuten conocida como ceacutelula
madre sanguiacutenea
70
Es propiamente el proceso de remodelacioacuten se presenta la diferenciacioacuten de los
osteoclastos y la reabsorcioacuten En esta fase el osteoclasto adquiere la capacidad de reabsorber
tejido oacuteseo
3713Fase III y IV
La fase III se caracteriza por la funcioacuten de los osteoblastos y la fase IV la maduracioacuten
oacutesea
38Ceacutelulas que influyen en el movimiento dental
El movimiento dental y las fuerzas involucradas influye principalmente en el ligamento
periodontal dentro del cual se encuentras ceacutelulas las cuales se encuentran en la capacidad
de regenerar hasta tres tipos de tejido ligamento periodontal hueso alveolar y el cemento
del diente Debido a esto se explicaraacute las ceacutelulas maacutes importantes involucradas en el
ligamento periodontal y su proceso de remodelacioacuten
bullOsteoblasto Desempentildean un papel importante en la formacioacuten del hueso Algunos se
convierten en osteocitos al ser incluido en la matriz extracelular oacutesea
bullOsteoclasto Encargados de la absorcioacuten de los tejidos mineralizados Se encuentran
en las zonas de reabsorcioacuten
bullFibroblasto Encargados del mantenimiento y reparacioacuten del ligamento y tejidos
adyacentes
bullCementoblasto Encargados de la remodelacioacuten del cemento de la raiacutez que estaacute
sometido a las fuerzas ortodoacutenticas
39Ligamento periodontal o periodonto (LPD)
Este tejido blando es el maacutes importante en los tratamientos ortodoacutenticos es por eso que
se explicaraacute maacutes a detalle su composicioacuten y funcionamiento respecto a las fuerzas generadas
en ortodoncia
391Estructura
El ligamento periodontal estaacute constituido en gran parte por una red de fibras de colaacutegeno
sin embargo hay que considerar dos componentes maacutes que son elementos celulares y
liacutequidos hiacutesticos los cuales son importantes para el movimiento ortodoacutentico de los dientes
71
A pesar de no ser muy vascularizado el ligamento contiene vasos sanguiacuteneos y ceacutelulas del
sistema vascular tambieacuten terminaciones nerviosas
Cabe resaltar que en consecuencia a la porosidad presente en su estructura dichos
espacios estaacuten llenos de liacutequido cuya funcioacuten estructural seriacutea similar al de un amortiguador
de golpes deriva de esto la importancia del ligamento periodontal en respuesta a las fuerzas
ortodoacutenticas
392Respuesta en condiciones normales
En la masticacioacuten se producen fuerzas que van de 1-2 kg si se mastica objetos blandos y
hasta 50 kg si se mastica objetos duros estas fuerzas generadas afectan a los dientes y sus
estructuras internas En respuesta a estas fuerzas internas el liacutequido hiacutestico evita
desplazamientos del diente las fuerzas son transmitidas al hueso alveolar esta deformacioacuten
oacutesea producto de las fuerzas es imperceptible
Esto cambia si se mantiene la presioacuten sobre el diente durante 3 a 5 segundos lo cual
ocasionariacutea que salga liacutequido del ligamento periodontal ocasionando una compresioacuten del
tejido sobre el hueso adyacente causando dolor en la persona
Tabla 7 Respuesta del LPD
Tiempo (s) Respuesta
lt1 Se genera una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 Movimiento imperceptible dentro del LPD
3-5 Genera dolor
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
393Respuesta a fuerzas mantenidas
La respuesta dependeraacute de la magnitud de esta las fuerzas sostenidas causan dolor
necrosis70 y el fenoacutemeno de reabsorcioacuten basal del hueso alveolar En la ortodoncia se busca
conseguir el movimiento mediante reabsorcioacuten sin embargo no se puede evitar la
produccioacuten de necrosis y reabsorcioacuten basal
3931Control bioloacutegico del movimiento dental
70 Muerte de ceacutelulas o tejido
72
Para entender la respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas es propicio comentar el
control bioloacutegico del movimiento de los dientes Seguacuten Proffit (2014) se tiene dos teoriacuteas
que tratan de explicarlo dentro de las mismas se menciona dos elementos de control
electricidad bioloacutegica y la presioacuten-tensioacuten del LPD
Electricidad bioloacutegica Esta teoriacutea se basa en que el movimiento dental podriacutea ser iniciado
por medio de sentildeales eleacutectricas del tipo piezoeleacutectricas sin embargo este tipo de sentildeales
presenta dos caracteriacutesticas
bull Decadencia muy raacutepida (la sentildeal cae raacutepidamente a cero a pesar de mantener la
fuerza)
bull Produce una sentildeal equivalente en direccioacuten opuesta
Figura 54 Comportamiento sentildeal piezoeleacutectrica
Fuente httpsesslidesharenetclau_canobiomecanica-y-
mecanica-del-tratamiento-ortodontico
Debido a estas caracteriacutesticas presentes en las sentildeales piezoeleacutectricas se puede descartar
esta teoriacutea en respuesta al movimiento de los dientes
Estudios recientes afirman que se puede mover los dientes por medio de campos
electromagneacuteticos sin embargo esto no estaacute respaldado por la evidencia experimental
Presioacuten-tensioacuten del LPDEsta teoriacutea sostiene que el estiacutemulo para el movimiento dental
depende maacutes de sentildeales quiacutemicas que eleacutectricas Al existir presioacuten constante sobre un diente
este cambia de posicioacuten dentro del espacio del LPD comprimieacutendolo en algunas zonas y
distendieacutendolo en otras (Proffit Fields amp Sarver 2014)
73
Esto se traduce en la presencia de alteraciones en el flujo sanguiacuteneo los cuales ocasionan
cambios en el entorno quiacutemico Esta teoriacutea se resume en tres fases
bull Compresioacuten inicial y alteraciones en el flujo sanguiacuteneo
bull Formacioacuten y liberacioacuten de mensajeros quiacutemicos
bull Activacioacuten celular
Figura 55 Experimento en un animal
A)Sin fuerza aplicada
B)Aplicando una fuerza de 50 g
C)Fuerza intensa y constante
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3932Efectos de la fuerza sobre el LPD
Seguacuten lo explicado anteriormente se puede afirmar que una fuerza intensa y prolongada
puede llegar a ocluir totalmente los vasos sanguiacuteneos y llegar a causar necrosis en la zona
afectada En ortodoncia se debe encontrar el valor e intensidad adecuada para estimular los
procesos celulares que ayudaraacuten con el movimiento dental sin llegar a causar necrosis en la
zona afectada
Para que exista movimiento deben generarse osteoclastos que elimine el tejido oacuteseo
adyacente y al mismo tiempo osteoblastos para la formacioacuten de nuevos tejidos Proffit (2014)
74
resume esta respuesta frente a las fuerzas ortodoacutenticas dividieacutendola en presioacuten leve y presioacuten
intensa y resume las respuestas en la siguiente tabla
Tabla 8 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
TIEMPO
Presioacuten leve Presioacuten fuerte Respuesta
lt1 s Generacioacuten de una sentildeal piezoeleacutectrica
1-2 s Movimiento del diente dentro del espacio del LPD
3-5 s
Minutos Alteracioacuten del flujo sanguiacuteneo
Horas Se producen cambios metaboacutelicos
sim4 h Comienza la diferenciacioacuten celular en el LPD
sim2 diacuteas Comienza el movimiento con remodelacioacuten gracias a los
osteoblastos y osteoclastos
3-5 s Oclusioacuten de los vasos sanguiacuteneos del LPD
Minutos Interrupcioacuten del flujo sanguiacuteneo del LPD
Horas Muerte celular en zona de comprensioacuten
3-5 diacuteas Comienzo de reabsorcioacuten basal
7-14 diacuteas Se elimina la laacutemina adyacente al LPD por medio de
reabsorcioacuten basal produciendo movimiento del diente
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
310Definicioacuten de biomecaacutenica
Etimoloacutegicamente biomecaacutenica proviene del griego bios (vida) y de mecaacutenica es la
ciencia encargada del estudio de las fuerzas y sus efectos en el cuerpo humano
Uribe (2010) define la biomecaacutenica como una ciencia encargada del desarrollo de
aplicaciones para la problemaacutetica de motricidad y funcionalidad por una parte se
fundamenta en conceptos mecaacutenicos debe existir una concordancia entre las propiedades de
los materiales los artefactos y sistemas bioloacutegicos En el caso especiacutefico de la ortodoncia la
75
fuerza transmitida por los brackets al sistema dentomaxilofacial no debe exceder la
capacidad bioloacutegica del paciente para no producir dantildeos irreversibles en eacutel asimismo puede
llegar a manifestar una reaccioacuten a los elementos orgaacutenicos e inorgaacutenicos que estaacuten en
contacto con los tejidos
Figura 56 Biomecaacutenica en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
La ortodoncia involucra conceptos de fiacutesica como fuerza su magnitud direccioacuten y punto
de aplicacioacuten por ello se definiraacute algunos conceptos baacutesicos de la fiacutesica en especiacutefico de la
rama de la mecaacutenica
311Conceptos baacutesicos de mecaacutenica
Mecaacutenica se define como el estudio y anaacutelisis del movimiento y reposo de los cuerpos
asiacute como su evolucioacuten bajo la accioacuten de una o varias fuerzas Etimoloacutegicamente proviene
del vocablo latino mechanica que significa ldquoel arte de construir maacutequinasrdquo71
bullLongitud Distancia medida a lo largo de una trayectoriaTiempo Medida de la
duracioacuten de un acontecimiento
bullMasa Cantidad de materia de un cuerpo
bullFuerza Accioacuten fiacutesica capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un
cuerpo
bullEsfuerzo Es la accioacuten de una fuerza sobre un aacuterea
71 Raffino E Mecaacutenica en Fiacutesica Disponible en httpsconceptodemecanica-en-fisica Consultado el 26
de agosto de 2019
76
bullMomento Se calcula como la magnitud de una fuerza multiplicada por la distancia
miacutenima que se establece entre la liacutenea de accioacuten y el eje de rotacioacuten
bullTorque Es la accioacuten simultaacutenea de dos momentos de igual magnitud producidos por
fuerzas paralelas de igual magnitud pero con sentido contrario
bullLeyes de Newton El fiacutesico y matemaacutetico ingleacutes Isaac Newton en 1686 formuloacute tres
enunciados los cuales explican la relacioacuten entre la fuerza y sus efectos en los cuerpos
bullPrimera ley (Ley de la inercia) Si un cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento
con una velocidad uniforme se mantendraacute asiacute mientras no exista una fuerza externa que
modifique el estado del cuerpo Esta es considerada la ley maacutes importante para la ortodoncia
bullSegunda ley (Ley de la aceleracioacuten) Cuando una fuerza es aplicada sobre un cuerpo
la aceleracioacuten que experimentaraacute seraacute proporcional a la magnitud de dicha fuerza Estaacute
definido por la foacutermula
Donde
F fuerza
m masa del cuerpo
a aceleracioacuten
bullTercera ley (Ley de reaccioacuten) Para toda accioacuten (fuerza) existe una reaccioacuten opuesta
equivalente En la figura 2-a se aprecia el resorte en reposo sin ninguacuten tipo de fuerza luego
se le aplica una fuerza (FA) por consiguiente el bracket ubicado en el otro diente genera
una fuerza (FD) equivalente a (FA)
119865 = 119898119886 Ecuacioacuten 12
77
Figura 57 Tercera Ley de Newton en ortodoncia
Fuente Burstone C J amp Choy K (2015) The
Biomechanical Foundation of Clinical
Orthodontics Illinois Quintessence Publishing
Co Inc
Los doctores de las distintas especialidades utilizan herramientas de la mecaacutenica en la
aplicacioacuten de sus tratamientos sin embargo en la ortodoncia utilizan uacutenicamente la fuerza
Considerando que los tratamientos en la ortodoncia estaacuten basados en la fuerza es propicio
definir algunas de los principios maacutes importantes de la misma
bullMagnitud En la ortodoncia la magnitud de la fuerza son los gramos-fuerza (gf)
teacutecnicamente es incorrecto seguacuten el SI72 la magnitud de la fuerza son los Newtons (N) y
los gramos se utilizan para expresar magnitudes (medidas) de masa sin embargo los
profesionales ortodontistas utilizan el gramo-fuerza como unidad de medida por lo tanto en
esta investigacioacuten se mantendraacute esta tradicioacuten
1 119873119890119908119905119900119899(119873) = 1 119896119892119898
1199042
Ecuacioacuten 13
1 119896119892119891 = 98119896119892 119898
1199042= 98 119873
Ecuacioacuten 14
72 Sistema Internacional de Unidades
78
bullDireccioacuten y sentido La direccioacuten de la fuerza estaacute definida por su liacutenea de accioacuten y
el sentido se define como la relacioacuten entre la liacutenea de accioacuten y el eje del sistema coordinado
definido
Figura 58 Propiedades de la fuerza
Fuente Ibidem
bullMomento en ortodoncia Determina el potencial de rotacioacuten de un cuerpo se produce
cuando la fuerza no pasa por el Centro de Resistencia (CR) del diente Su foacutermula es M =
F x D
En la ortodoncia el momento se determina al multiplicar la magnitud de la fuerza del
sistema mecaacutenico por la distancia perpendicular desde la liacutenea de accioacuten de F del diente
Figura 59 Momento de fuerza en ortodoncia
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo
Bogotaacute Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
bullCentro de masa Punto geomeacutetrico donde se concentra la masa de un cuerpo
bullCentro de resistencia (CR) Punto donde se concentra la resistencia de un cuerpo a
ser movilizado es anaacutelogo al centro de gravedad
79
bullCentro de rotacioacuten (Crot) Punto en el cual un objeto gira cuando se mueve
bullCentro de resistencia en los dientes Donde se encuentra concentrada las reacciones
del hueso alveolar respecto a las fuerzas externas que actuacutean sobre los mismos muchas veces
el CR del diente o dientes depende de la cantidad de raiacutez cubierta por hueso alveolar (Figuras
10 y 11)
bullRelacioacuten entre momento y fuerza (R=McF) Es un concepto muy importante en la
ortodoncia fiacutesicamente viene a ser la graacutefica del esfuerzo por unidad de aacuterea producido por
una fuerza en el ligamento periodontal Un error de variacioacuten en esta relacioacuten puede cambiar
espontaacuteneamente el tipo de movimiento dental que se busca obtener
bullTorque Su valor se suele dar en grados puesto que mide la desviacioacuten entre el par
fuerza producto de la torsioacuten del alambre rectangular o cuadrado y su distancia
Figura 60 Torsioacuten de un alambre rectangular
Fuente httpswwwyoutubecomwatchv=oLcfOlBw-xM
312Biomecaacutenica en ortodoncia
La aplicacioacuten de una fuerza a un diente modifica su estado de reposo produciendo una
aceleracioacuten instantaacutenea que provoca un nuevo estado de reposo la aceleracioacuten es tan
pequentildea que se considera cero El principal objetivo de la biomecaacutenica en ortodoncia es la
reduccioacuten o eliminacioacuten de los efectos adversos en los tratamientos para ello se utilizan los
diagramas de cuerpo libre
3121Tipos de movimiento dental
Para poder explicar los movimientos dentales presentes en ortodoncia es necesario
estudiarlo desde un punto de vista fiacutesico y matemaacutetico simplificando factores bioloacutegicos
80
que aumentariacutean su para ello se detallaraacute algunos de los movimientos maacutes comunes en
ortodoncia
31211Movimiento de inclinacioacuten no controlado
Se presenta cuando al diente se le aplica una fuerza horizontal a traveacutes de la ranura del
bracket pero lejos de su centro de resistencia Los elaacutesticos intermaxilares las cadenas
elaacutesticas y los resortes de metal en alambres redondos son los que producen este movimiento
Las principales caracteriacutesticas de este movimiento es la presencia de un esfuerzo muy grande
en el ligamento periodontal sin embargo no presenta esfuerzos en su centro de resistencia
este tipo de movimiento es muy poco utilizado en ortodoncia por sus resultados indeseables
Figura 61 Movimiento dental no controlado
Fuente Uribe G (2010) ldquoOrtodoncia teoriacutea y cliacutenicardquo Bogotaacute
Corporacioacuten para Investigaciones Bioloacutegicas
31212Movimiento de inclinacioacuten controlado
Al igual que el anterior se produce cuando la fuerza horizontal es aplicada en la ranura
del bracket pero al mismo tiempo se produce una cupla torque o MC a traveacutes de un alambre
rectangular El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es no uniforme siendo mayor
en la cresta alveolar
81
Figura 62 Movimiento dental controlado
Fuente Ibidem
31213Movimiento en cuerpo o de traslacioacuten
La fuerza horizontal pasa por el centro de resistencia del diente asimismo cuando la
direccioacuten de movimiento es vertical se le llama intrusioacuten o extrusioacuten pura (Figura 55) Es
necesario el uso de alambres de calibre grueso para producir este movimiento Entre sus
caracteriacutesticas principales se tiene que el esfuerzo producido en el ligamento periodontal es
uniforme
Figura 63 Movimiento en cuerpo o traslacioacuten
Fuente Ibidem
82
Figura 64 Movimiento de intrusioacuten
Fuente Ibidem
31214Movimiento radicular
No existe fuerza horizontal ademaacutes el centro de rotacioacuten de los dientes se encuentra
ubicado en las ranuras de la bracket los alambres rectangulares son los encargados de
generar el movimiento en las raiacuteces El alambre debe medir 0016 x 0022 o 0017 x 0025
mm El esfuerzo producido en el ligamento periodontal es uniforme
Figura 65 Movimiento radicular
Fuente Ibidem
Seguacuten lo explicado anteriormente el tipo de movimiento dental se ve influenciado por la
magnitud y el punto de aplicacioacuten de la fuerza por ello Proffit (2014) establece de manera
referencial las fuerzas oacuteptimas para obtener los movimientos dentales necesarios se
muestran en la siguiente tabla
83
Tabla 9 Respuesta frente a fuerzas mantenidas
Fuerzas referenciales para movimiento dental
Tipo Fuerza (g)
Inclinacioacuten 35-60
Traslacioacuten 70-120
Radicular 50-100
Rotacioacuten 35-60
Extrusioacuten 35-60
Intrusioacuten 10-20
Fuente (Proffit Fields amp Sarver 2014)
3122Modelo teoacuterico matemaacutetico utilizado en ortodoncia
Bien se sabe que el estudio de los movimientos ocasionados por la ortodoncia no es
exacto debido a las caracteriacutesticas bioloacutegicas que influyen en los cambios para ello existen
modelos matemaacuteticos para explicar dicho movimiento El maacutes conocido es
31221Modelo teoacuterico de Burstone
Estudiar los efectos en los dientes como resultado de la aplicacioacuten de fuerzas es muy
complejo por eso el fiacutesico Burstone en 1962 presentoacute un modelo matemaacutetico teoacuterico del
movimiento dentario basado en la fiacutesica este modelo se viene utilizando hasta la actualidad
para explicar y ensentildear el funcionamiento de sistemas mecaacutenicos ortodoacutenticos
Este modelo teoacuterico resuelve dos problemaacuteticas fuerza necesaria para producir un
determinado centro de rotacioacuten y magnitud de fuerza para producir movimiento del diente
de un grupo de dientes
A partir de su modelo Burstone se deben considerar tres niveles
bullNivel cliacutenico el dolor movilidad peacuterdida de hueso y los fenoacutemenos de
remodelacioacuten y reabsorcioacuten radicular de los dientes
bullNivel celular y bioquiacutemico respuesta de los tejidos por la fuerza aplicada es decir
los cambios en el hueso cemento y en el ligamento periodontal
bullNivel de esfuerzo y deformacioacuten en el ligamento periodontal (LP) es el componente
fiacutesico maacutes importante para considerar en el movimiento de los dientes
Capiacutetulo 4
Obtencioacuten del modelo virtual (diente-periodonto) de un caso personalizado
Debido a los grandes avances tecnoloacutegicos en las uacuteltimas deacutecadas para realizar un ensayo
meacutedico es posible el uso de herramientas computacionales las cuales evitan la realizacioacuten
de ensayos invasivos con animales yo personas Por medio de estas herramientas se puede
obtener resultados muy similares a los que se obtendriacutea haciendo un ensayo invasivo
En esta investigacioacuten en particular se obtendraacute un modelo virtual de una pieza dental
especiacuteficamente el segundo premolar superior se utilizaraacute las imaacutegenes meacutedicas obtenidas
por medio de tomografiacuteas computarizadas cabe resaltar que el modelo obtenido seraacute
conformado por la dentina y el ligamento periodontal
41Software para procesamiento de imaacutegenes meacutedicas
Para poder examinar todos estos valores de grises de la estructura de las imaacutegenes
tomograacuteficas es necesario el uso de un software especializado para esta investigacioacuten se
utilizoacute el software MIMICS para el procesamiento y segmentacioacuten de las imaacutegenes meacutedicas
sin embargo debido a su alto precio y restringido acceso se hablaraacute sobre otro programa que
tienen igual funcionamiento al utilizado en esta investigacioacuten que a diferencia de este es de
faacutecil acceso
411InVesalius
Es un software meacutedico gratuito utilizado para el procesamiento y reconstruccioacuten digital
de las imaacutegenes meacutedicas obtenidas por tomografiacutea computarizada o por resonancia
magneacutetica Procesa las imaacutegenes DICOM y permite la generacioacuten de archivos STL73 Estaacute
73 Standard Triangle Language (stl) formato CAD que define geometriacutea de objetos 3D la cual excluye color
texturas y algunas propiedades fiacutesicas
86
disponible en sistemas operativos Linux Windows y Mac OS X su nombre es un homenaje
al meacutedico belga Andreas Vesalius considerado ldquoel padre de la anatomiacutea modernardquo
(Wikipedia 2019)
Figura 66 Interfaz de trabajo del software InVesalius
Fuente (Wikipedia 2019)
412Materialise Mimics
Es un software de procesamiento de imaacutegenes meacutedicas desarrollado por Materialise NV
es utilizado para crear modelos 3D a partir de las imaacutegenes DICOM en 2D Cuenta con una
trayectoria de 25 antildeos en la industria utilizado mayormente por investigadores e ingenieros
Junto con el software principal viene el software 3-Matic utilizado para la creacioacuten de
elementos finitos a traveacutes de un mallado volumeacutetrico Entre sus principales aplicaciones se
tiene (Materialise 2019)
- Mediciones anatoacutemicas
- Cirugiacutea virtual
- Mallado mediante elementos finitos
- Disentildeo de modelos de pruebas
- Disentildeo de dispositivo especiacutefico para el paciente
- Anaacutelisis postoperatorio
87
Figura 67 Interfaz de trabajo del software Mimics
Fuente (Materialise 2019)
42Caso particular
En colaboracioacuten con doctores de la Universidad Peruana Cayetana Heredia se pudo
conseguir las imaacutegenes meacutedicas para esta investigacioacuten cuyo tamantildeo del voxel aproximado
es de 04 x 04 x 06 mm Con ayuda del software Mimics se puede obtener algunos datos
importantes sobre las imaacutegenes DICOM procesadas
Tabla 10 Datos imaacutegenes DICOM
Datos importantes imaacutegenes DICOM
Nombre del paciente Escalante Salazar Roger
Nuacutemero de cortes 496
Espesor de corte 030 mm
Fuente Elaboracioacuten propia
88
43Segmentacioacuten de imaacutegenes meacutedicas
En la siguiente figura se muestra el proceso baacutesico para la obtencioacuten del modelo 3D
Figura 68 Proceso de obtencioacuten de
modelo 3D en Mimics
Fuente (Ceacutespedes Espinoza 2017)
431Proceso de segmentacioacuten Para poder obtener el modelo se han seguido los siguientes
pasos
Obtencioacuten de las imaacutegenes DICOM correspondiente al caso particular
89
Figura 69 Imaacutegenes DICOM del paciente
Fuente Elaboracioacuten propia
Utilizando el software Mimics se procede a importar las imaacutegenes DICOM
90
Figura 70 Importacioacuten de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
Al continuar con el proceso se pueden obtener algunos datos importantes de las imaacutegenes
DICOM que fueron detallados en la tabla 10
Figura 71 Datos relevantes de las imaacutegenes DICOM
Fuente Elaboracioacuten propia
91
Se puede elegir los planos y hacer una vista previa de las imaacutegenes
Figura 72 Eleccioacuten de planos a utilizar en la segmentacioacuten
Fuente Elaboracioacuten propia Se pasa a la interfaz del programa y se aprecia los planos de trabajo
- Axial Parte superior derecha
- Coronal Parte superior izquierda
- Sagital Parte inferior izquierda
- Vista 3D Parte inferior derecha
Figura 73 Interfaz del programa
Fuente Elaboracioacuten propia
92
En la interfaz con ayuda del rango de escalas de grises que viene por defecto en el
software se genera la primera maacutescara correspondiente a dientes (Tooth) usando la funcioacuten
Thresholding
Figura 74 Obtencioacuten de maacutescara con funcioacuten Thresholding
Fuente Elaboracioacuten propia
Una vez generada la maacutescara en base a la escala de grises del software se procede a
generar un modelo 3D de la misma para poder empezar con el filtrado de esta
Figura 75 Vista 3D de la maacutescara dientes
Fuente Elaboracioacuten propia
93
Generando el primer modelo 3D de la maacutescara se aprecia algunos pixeles flotantes con
ayuda de la funcioacuten Region Growing se procede a eliminarlo
Figura 76 Uso de funcioacuten regioacuten growing para eliminar pixeles flotantes
Fuente Elaboracioacuten propia
En esta investigacioacuten se analizaraacute la segunda premolar superior entonces es necesario
obtener el modelo del maxilar superior utilizando la funcioacuten Edit Masks se procede a
eliminar el maxilar inferior el cual no se necesitaraacute en este proyecto
Figura 77 Uso de funcioacuten Edit Masks
Fuente Elaboracioacuten propia
94
Luego de utilizar la funcioacuten se logra obtener un modelo preliminar del maxilar superior
Figura 78 Modelo preliminar del maxilar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Para continuar con el proceso de segmentacioacuten se utiliza la funcioacuten Multiple Slice Edit
la cual permite realizar el filtrado en cada uno de los planos axial coronal y sagital para
obtener maacutes detalles en la filtracioacuten de los pixeles Sin embargo esta funcioacuten hace el proceso
de filtrado maacutes lento por eso se combina con la funcioacuten Interpolate (Figura 80) la cual
ayudaraacute a realizar una interpolacioacuten entre los cortes de cualquiera de los planos en el cual se
trabaje Cabe resaltar que se necesita el modelo de un diente para ello se trabaja con el
diente y hueso por separado para obtener mayor calidad en el modelo y poder obtener por
separado el modelo del diente hueso y ligamento periodontal
95
Figura 79 Uso de funcioacuten Multiple Slice Edit
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 80 Funcioacuten Interpolate (Interpolacioacuten de cortes)
Fuente Elaboracioacuten propia
96
Finalmente se obtiene los modelos 3D del diente (Figura 81) y del hueso y diente (Figura
82)
Figura 81 Modelo del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 82 Modelo del diente y hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
97
Para obtener el hueso por separado se utiliza la funcioacuten Boolean Operationscon la cual
se puede aplicar interseccioacuten resta erosioacuten y dilatacioacuten Se hace la resta del modelo diente
y hueso con el modelo del diente para obtener lo de la siguiente figura
Figura 83 Obtencioacuten del hueso
Fuente Elaboracioacuten propia
Ahora para el estudio a realizar en esta investigacioacuten se necesita el ligamento
periodontal para ello se vuelve a usar la funcioacuten operaciones booleanas utilizando
dilatacioacuten sobre la maacutescara y luego se le resta el diente obteniendo el modelo del ligamento
que se muestra
98
Figura 84 Modelo del ligamento periodontal
Fuente Elaboracioacuten propia
Luego se fusiona los modelos obtenidos por separado del diente hueso y ligamento
periodontal para la obtencioacuten del modelo final
Figura 85 Modelo final en Mimics
Fuente Elaboracioacuten propia
99
44Mallado volumeacutetrico y asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
El modelo final obtenido en Mimics es un ldquocascaroacutenrdquo para ello se utiliza el software
complementario 3-Matic con el cual se mallaraacute volumeacutetricamente dicho modelo
Figura 86 Modelo ldquohuecordquo obtenido en Mimics en la interfaz del 3-Matic
Fuente Elaboracioacuten propia
En la figura anterior se puede apreciar el modelo ldquohuecordquo para obtener un mallado
volumeacutetrico se siguieron una serie de pasos que se detallan en el Apeacutendice A el cual es un
tutorial enviado por la misma empresa Materialise (creadora del software) Siguiendo los
pasos del apeacutendice en mencioacuten se obtuvo
100
Figura 87 Mallado volumeacutetrico del diente
Fuente Elaboracioacuten propia
Como uacuteltimo paso se debe asignar propiedades a cada una de las partes del modelo
diente hueso y ligamento periodontal Para ello se considera las siguientes propiedades
mecaacutenicas
Figura 88 Propiedades mecaacutenicas referenciales
Fuente (Becerra Nuacutentildeez 2018)
El modelo volumeacutetrico obtenido en el 3-Matic se traslada al Mimics para la asignacioacuten
de las propiedades
101
Figura 89 Modelo volumeacutetrico obtenido
Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 90 Ventana de asignacioacuten de propiedades mecaacutenicas
Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder mantener las propiedades mecaacutenicas y el mallado realizado es necesario la
exportacioacuten a un software CADCAE en este caso particular el software Mimics te da la
opcioacuten de exportarlo al software Ansys el cual mantiene las propiedades mecaacutenicas y el
mallado realizado anteriormente
102
Figura 91 Exportacioacuten a Ansys del modelo del diente del segundo premolar superior
Fuente Elaboracioacuten propia
Con este uacuteltimo paso el cual es la exportacioacuten del modelo virtual al formato Ansys de
esta manera el modelo se podraacute trabajar en este programa CADCAE para una futura
investigacioacuten en la cual se pueda simular algunos de los efectos que causa las fuerzas de los
brackets en el ligamento periodontal el cual es el elemento maacutes criacutetico de toda la estructura
del diente
Conclusiones
El formato de imaacutegenes meacutedicas DICOM es muy importante en la medicina e ingenieriacutea
principalmente por su facilidad para su procesamiento al ser un formato universal se puede
trabajar en programas de coacutedigo libre como lo es InVesalius
El avance tecnoloacutegico en las uacuteltimas deacutecadas hace posible que a traveacutes de programas
computacionales se pueda procesar las imaacutegenes meacutedicas de los pacientes con la finalidad
de obtener un modelo virtual el cual ayude a los expertos con los diagnoacutesticos
correspondiente
La ortodoncia no debe ser vista como una ciencia netamente esteacutetica dado que es la
ciencia encargada del estudio y correccioacuten de las maloclusiones dentales las cuales en caso
extremos se debe realizar una cirugiacutea maxilofacial para su total correccioacuten
La obtencioacuten de un modelo virtual de un tejido yo oacutergano de los pacientes ayuda a los
doctores para tener una mejor perspectiva de la cirugiacutea yo tratamiento que se realizara para
la correccioacuten de alguna anomaliacutea esto sin la necesidad de realizar pruebas invasivas que en
algunos casos puede ser de difiacutecil acceso e incluso peligrosas para su realizacioacuten
El disentildeo del diente fue realizado mediante el procesamiento de las imaacutegenes DICOM
obtenidas de una CBCT esto permitioacute una reproduccioacuten maacutes real de las caracteriacutesticas
anatoacutemicas coronales y radiculares del diente Seguacuten las referencias encontradas de casos
similares establece el uso del meacutetodo de elementos finitos (MEF) para reproducir situaciones
cliacutenicas e inclusive para establecer un plan de tratamiento ortodoacutentico puede proveer
informacioacuten confiable relacionada al estreacutes en el ligamento periodontal y sobre el diente
104
La calidad de las imaacutegenes meacutedicas depende de muchos factores teniendo como principal
el equipo utilizado para la obtencioacuten de estas dicho equipo debe tener filtros los cuales
permitan evitar ruido en las imaacutegenes que suelen causar manchas innecesarias que conlleva
a un mal diagnostico por parte de los expertos asimismo en su postprocesamiento de
conversioacuten en un formato digital se pueden causar peacuterdidas en la data que derivariacutea en
complicaciones durante la obtencioacuten de un modelo digital
Como recomendacioacuten principal de esta investigacioacuten seriacutea trabajar con el modelo virtual
obtenido para un posterior estudio de los efectos que causa la ortodoncia en el ligamento
periodontal el cual es el tejido que soporta la mayor parte de los esfuerzos durante el
tratamiento asimismo se podriacutea obtener mayor cantidad de piezas dentales haciendo uso de
las imaacutegenes meacutedicas utilizadas en esta investigacioacuten asiacute como el modelo inicial de los
maxilares superiores e inferiores obtenidos al inicio
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Anexos
Anexo A Tutorial para la obtencioacuten del mallado volumeacutetrico de un modelo virtual en
Mimics a traveacutes del uso del software complementario 3-Matic
114
115
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