Del número a la imagen: observando la realidad

Del número a la imagen: observando la realidad

Del número a la imagen: observando la realidad

Obtener imágenes que representen fiablemente realidades ocultas a nuestros sentidos es una de las promesas de la imagen científica. En nuestra condición de especie de hábitos (principalmente) diurnos, los seres humanos tenemos un sentido de la vista muy desarrollado, capaz de obtener y procesar rápidamente enormes cantidades de información. Forma, color, textura o movimiento son solo unas pocas de las características que podemos extraer del ambiente con solo echar un vistazo. La vista es sin duda el sentido que más información del entorno aporta a la mayoría de las personas; no en vano, “imaginar” y “visualizar” son conceptos que relacionan estrechamente la vista con la comprensión.

Esta capacidad innata de nuestro cerebro puede ser aprovechada para entender al instante información árida y complicada: solo hay que saber presentarla en forma de imágenes. De hecho, este truco es un clásico en estadística, donde se conoce como visualización de los datos.

En este gráfico de finales del siglo XVIII se puede resumir de un vistazo el comercio entre Inglaterra y Noruega y Dinamarca durante 80 años.

Viendo lo invisible

Usando la misma lógica podemos describir con precisión realidades mucho más complejas que datos de compraventa: para hacer visibles magnitudes de cualquier naturaleza basta con tener algún aparato capaz de medirlas. La información numérica obtenida por un sensor cualquiera puede ser traducida a formas y colores como en el ejemplo anterior y si además posee una dimensión espacial, tenemos todos los ingredientes para crear una imagen interpretable por cualquiera, sin importar su formación.

Por ejemplo, en una imagen de Microscopio Electrónico de Barrido (SEM por sus siglas en inglés) podemos observar perfectamente la forma tridimensional de un espécimen con un detalle inalcanzable para cualquier cámara fotográfica.

Pero dentro del SEM no hay luz. Un haz de electrones correctamente dirigido hace que la muestra en observación emita algunos de sus propios electrones que son a su vez detectados por un sensor. El truco está en representar la cantidad de electrones como una escala de grises: a más electrones detectados en un punto, más clara la tonalidad de gris. Estos puntos luego se presentan bien organizados y… voila, hemos creado una imagen perfectamente comprensible a partir de datos ajenos a la vista humana (o a cualquier otra vista).

Electromicrografía de Barrido (SEM) de un grupo de bacterias Helicobacter. Gracias a esta técnica se puede observar la estructura helicoidal a la que deben su nombre. No hace falta formación especializada para entender que tienen forma de churro con surcos en espiral.

Pero… ¿Dónde está el color?

El color es una sensación que produce nuestro cerebro en respuesta a la frecuencia de la luz recibida por los ojos. Así la luz visibles de onda más larga nos parece roja y la de onda más corta, violeta o azulada, pasando por todos los colores del arcoíris (de ahí que las ondas invisibles a nuestros ojos se llamen infrarrojas si son demasiado largas o ultravioletas si son demasiado cortas). Como muchas técnicas de imagen científica no utilizan luz visible, las imágenes que producen carecen de colores “reales”. En estos casos el color puede añadirse de dos maneras:

  • Coloreando partes de la imagen para resaltar características o estructuras. Esto se llama falso color y es frecuente en las imágenes de SEM para hacerlas más atractivas y aún más fáciles de interpretar, pero su rigor queda a discreción del artista. En la imagen de la derecha, los colores son añadidos posteriormente y resaltan las estructuras anatómicas del insecto aunque el color observado no tenga nada que ver con el real.
  • Asignando colores determinados (en lugar de blanco y negro) a las señales detectadas. Este procedimiento se conoce como mapeo y es muy útil para facilitar la comparación de imágenes superpuestas. En la resonanacia magnética funcional de la derecha se compara una imagen de un cerebro en reposo con otra del mismo cerebro respondiendo a un estímulo determinado. Las áreas que coinciden se representan en gris, mientas que las que sufren cambios se mapean en colores vivos para dejar en evidencia qué zonas del cerebro se activan en respuesta al estímulo estudiado.

SEM de una chinche de las camas en falso color. Los colores son totalmente arbitrarios.

Imagen de Resonancia Magnética Funcional. Salta a la vista qué partes del cerebro están activas.

De la teoría a la aplicación: la imagen médica

A nivel práctico, las imágenes basadas en magnitudes no visibles son especialmente útiles para apoyar a expertos de distintos campos en la evaluación de problemas y la toma de decisiones. Unas imágenes bien elaboradas facilitan y aceleran en gran medida la evaluación de cualquier tipo de sistema.  Por eso no es de extrañar que la imagen científica se haya convertido en una gran aliada de la medicina.

La imagen médica es sin duda la aplicación técnica más desarrollada y perfeccionada de la imagen científica y una herramienta indispensable para la detección, diagnóstico y tratamiento de todo tipo de enfermedades.  Desde la ecografía hasta la resonancia magnética, pasando por el TAC y, por supuesto, la radiografía, todos hemos sido “retratados” alguna vez por algún equipo especializado. En las imágenes obtenidas (¡ojo! Que nadie las llame fotografías a estas alturas) podemos observar nuestros vasos sanguíneos, nuestros huesos o el nivel de actividad de nuestras neuronas, pero… ¿qué estamos viendo realmente?

 

La ecografía, por ejemplo, consiste en dirigir haces de ultrasonidos hacia el sujeto de estudio y medir el eco obtenido. Estas ondas de sonido imperceptibles al oído humano se comportan de manera distinta dependiendo de la distancia y del material contra el que reboten. El tiempo que tarda y la intensidad con la que regresa el eco se representa en forma de puntos en escala de grises en una pantalla que permite la observación en tiempo real de las estructuras internas del organismo. Al ser prácticamente inofensiva, esta técnica es típica para la observación de fetos en formación, pero su uso está extendido a muchas otras ramas de la medicina.

Pero la ecografía no es infalible: a los ultrasonidos se les da mal atravesar hueso y capas de aire y van perdiendo precisión a medida que adentran en el cuerpo: son muy poco fiables para observar estructuras profundas, especialmente en pacientes obesos.

Para huesos y dientes lo más frecuente es utilizar la radiografía con rayos X. Para realizar una radiografía, se coloca al sujeto entre un soporte fotosensible (similar a la película fotográfica tradicional) y una fuente emisora de rayos X. Estos rayos de alta energía pasan fácilmente a través de los tejidos blandos, el aire y el agua, pero son obstruidos por estructuras densas como los huesos o los metales. En una radiografía se observa cómo de opaco es un material a los rayos X. En este principio se basan técnicas como la panorámica dental y el TAC. El principal inconveniente de la radiografía es su peligrosidad, los rayos X son ondas electromagnéticas de mucha energía capaces de producir quemaduras graves y alteraciones en el ADN que pueden derivar en cáncer. Por esta razón se deben controlar rigurosamente las dosis de radiación a la que se someten los pacientes.

Una característica indispensable para la obtención de imágenes médicas de individuos vivos es que el sujeto de estudio sufra lo menos posible. Y aunque algunos procedimientos puedan resultar ligeramente nocivos, la información extraída de las imágenes suele compensar con creces el riesgo al que se somete el paciente. Una de las técnicas más potentes y relativamente seguras disponibles es la imagen por resonancia magnética. Aunque hay varios tipos de resonancia, la idea principal es la misma: medir la frecuencia y la intensidad a la que resuenan los átomos de hidrógeno del organismo. Estos átomos se someten a un campo magnético que los orienta de forma homogénea y luego reciben un pulso excitador de radiofrecuencia. Tras el pulso, los átomos excitados liberan el exceso de energía en forma de onda electromagnética (resonancia) que puede ser detectada y medida: la intensidad de la señal se representa en escala de grises y la frecuencia nos da la información espacial para formar una imagen comprensible.

 

Una de las primeras radiografías obtenidas en la historia. Las partes más oscuras de la placa corresponden a materiales que obstruyen los rayos X: principalmente hueso y metal.

Una de las primeras radiografías obtenidas en la historia. Las partes más oscuras de la placa corresponden a materiales que obstruyen los rayos X: principalmente hueso y metal.

Juanra Peralta

Juanra Peralta

Experto en fotografía e imagen científica y en análisis de datos. Biólogo por la Universidad de Sevilla, especializado en biodiversidad y conservación.