dc.contributor.advisor | Ordóñez Fernández, José Antonio | es |
dc.contributor.advisor | Smani Hajami, Tarik | es |
dc.creator | Valverde Pérez, Israel | es |
dc.date.accessioned | 2023-02-27T11:29:30Z | |
dc.date.available | 2023-02-27T11:29:30Z | |
dc.date.issued | 2022-12-15 | |
dc.identifier.citation | Valverde Pérez, I. (2022). Evaluación de la imagen multimodal para la impresión 3D en cardiopatías congénitas: docencia, aplicaciones clínicas y perspectivas futuras. (Tesis Doctoral Inédita). Universidad de Sevilla, Sevilla. | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11441/143008 | |
dc.description.abstract | Las cardiopatías congénitas son las malformaciones presentes al nacimiento más
frecuentes, y tienen un impacto muy significativo a nivel clínico de consumo de
recursos sanitarios, de estancia y mortalidad hospitalaria (Tabbutt, S.,2012). Ello hace
que las cardiopatías congénitas supongan un reto sanitario y, por tanto, su peso en
los programas de formación académica en medicina sigua cobrando cada vez más
importancia.
Sin embargo, debido al amplio espectro de malformaciones cardiacas y su gran
variabilidad anatómica, llegar a comprender toda esta complejidad morfológica es
una tarea que plantea grandes retos. El aprendizaje de las cardiopatías congénitas
se ha basado tradicionalmente en diagramas, especímenes cadavéricos y en las
imágenes radiológicas convencionales como la ecocardiografía, angiografía,
tomografía computarizada (TC), y resonancia magnética (RM). La disección
cadavérica presenta varios inconvenientes como la limitada disponibilidad de
cadáveres y el coste de la preservación. Las imágenes radiológicas presentan la
limitación de que suelen presentarse como imágenes 2D individuales, o que pese a
ser tridimensionales (3D), suelen mostrarse en monitores planos sin permitir una
percepción 3D real del órgano.
El objetivo de esta tesis es evaluar si nuevas tecnologías como la impresión 3D puede
ayudar a mejorar la educación médica en el campo de las cardiopatías congénitas,
comprender las limitaciones actuales, y proponer nuevas implementaciones que
ayuden a mejorar esta tecnología.
En el primer bloque de investigación se evaluó el impacto de los modelos 3D
convencionales (basados en imágenes médicas tomográficas como la RM) en la
docencia de cardiopatías congénitas complejas, utilizando como paradigma los
corazones en criss-cross. Concluimos que la impresión 3D es una herramienta
prometedora como soporte a las imágenes radiológicas convencionales para la
mejora del aprendizaje en cardiopatías congénitas complejas. Sin embargo,
encontramos que los modelos 3D aún distan de proporcionar réplicas realistas de la anatomía cardiovascular, entre otros factores debido a la inherente limitación de
utilizar técnicas de imagen convencional como la RM, que es incapaz de delinear
válvulas o el aparato subvalvular, que son clave en la mayoría de las cardiopatías
congénitas.
En el segundo bloque de investigación se realizó una revisión de la literatura sobre
la utilidad de la ecocardiografía 3D como técnica de imagen para imprimir modelos
3D. La ecocardiografía 3D tiene el potencial de poder delinear algunas estructuras
cardiovasculares mucho mejor que otras técnicas radiológicas convencionales como
la RM. La revisión del estado del arte actual demostró que la impresión 3D basada
en ecocardiografía es factible, sin embargo, presenta varios retos en cuanto a los
requisitos de adquisición de imagen o incapacidad para delinear ciertas estructuras
cardiacas. La conclusión de este bloque y el anterior, fue que la impresión 3D basada
en una modalidad única de imagen no es suficiente para delinear todas las estructuras
cardiovasculares necesarias para imprimir modelos 3D con un realismo suficiente, ni
para la docencia ni para la práctica clínica habitual.
En el tercer bloque de investigación se evaluó como prueba de concepto la
posibilidad de fusionar imágenes complementarias como la RM y la Ecocardiografía
3D para obtener modelos híbridos 3D. Se sistematizó un flujo de trabajo novedoso
de fusión de imagen multimodal, demostrando que es posible imprimir modelos 3D
híbridos que muestren toda la complejidad cardiovascular, incluyendo cavidades
cardiacas, miocardio, válvulas, aparato subvalvular y grandes vasos.
Concluimos que la impresión 3D basada en imagen multimodal es una realidad
factible capaz de proporcionar modelos 3D muy realistas de la anatomía cardiaca. El
futuro de la impresión 3D se basa por tanto en la fusión de imagen multimodal,
utilizando las fortalezas de cada técnica de imagen para capturar diferentes
estructuras cardiovasculares y supliendo las limitaciones de cada modalidad de
imagen con las otras modalidades complementarias. | es |
dc.description.abstract | Congenital heart disease (CHD) is the most common malformation present at birth
and is associated with a significant impact in terms of economic costs, hospital stay
and mortality (Tabbutt, S., 2012). This makes CHD a challenge at the healthcare level
and, therefore, its importance in academic medical training programs continues to
gain more and more weight.
However, due to the wide spectrum of cardiac malformations and their great
anatomical variability, understanding all this morphological complexity is a
challenging task. Learning about CHD has traditionally been based on diagrams,
cadaveric specimens, and conventional radiological imaging such as
echocardiography, angiography, computed tomography (CT), and magnetic
resonance imaging (MRI). Cadaveric dissection has several drawbacks such as the
limited availability of cadavers and the cost of preservation, and radiological images
have the limitation that despite being three-dimensional (3D), they are usually
displayed on monitors as a sequence of 2D planes without allowing a real 3D
perception of the organ.
The aim of this thesis is to evaluate whether new technologies such as 3D printing
can help to improve medical education in the field of congenital heart disease, to
understand the current limitations, and to propose new implementations that help to
improve this technology.
In the first block of research, we evaluated the impact of conventional 3D models
(based on tomographic medical images such as MRI) in the teaching of complex
congenital heart disease, using criss-cross hearts as a paradigm. We conclude that
3D printing is a promising tool to support conventional radiological imaging for
enhanced learning in complex CHD. However, we found that 3D models are still far
from providing realistic replicas of cardiovascular anatomy among other factors due
to the inherent limitation of using conventional imaging techniques such as MRI,
which is unable to delineate valves or the subvalvular apparatus that are key in most
congenital heart diseases. In the second block of research, a review of the literature on the usefulness of 3D
echocardiography as an imaging technique for printing 3D models was performed.
3D echocardiography has the potential to be able to delineate cardiovascular
structures much better than other conventional radiological techniques. The review
of the current state of the art showed that 3D printing based on echocardiography is
feasible, however it presents several challenges in terms of image acquisition or
delineation of certain cardiac structures. The conclusion of this and the previous block
was that 3D printing based on a single imaging modality is not sufficient to delineate
all the cardiovascular structures necessary to provide 3D models with sufficient
realism for either teaching or routine clinical practice.
In the third block of research, the possibility of fusing complementary images such as
MRI and 3D Echocardiography to obtain hybrid 3D models was evaluated as a proof
of concept. A novel multimodal image fusion workflow was systematized,
demonstrating that it is possible to print hybrid 3D models showing the entire
cardiovascular complexity including cardiac cavities, myocardium, valves, subvalvular
apparatus and great vessels.
We conclude that multimodal image-based 3D printing is a feasible reality capable
of providing very realistic 3D models of cardiac anatomy. The future of 3D printing is
therefore based on multimodal image fusion, utilizing the strengths of each imaging
technique to capture different cardiovascular structures, and making up for the
limitations of each imaging modality with the other complementary modalities. | es |
dc.format | application/pdf | es |
dc.format.extent | 166 p. | es |
dc.language.iso | spa | es |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.title | Evaluación de la imagen multimodal para la impresión 3D en cardiopatías congénitas: docencia, aplicaciones clínicas y perspectivas futuras | es |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | es |
dc.type.version | info:eu-repo/semantics/publishedVersion | es |
dc.rights.accessRights | info:eu-repo/semantics/openAccess | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Fisiología Médica y Biofísica | es |
dc.contributor.affiliation | Universidad de Sevilla. Departamento de Cirugía | es |
dc.publication.endPage | 100 | es |