El diagnóstico precoz de malformaciones vasculares en niños de corta edad es crucial para que su tratamiento y evolución sean correctos. Su correcta clasificación no es baladí, incluso para los especialistas médicos. Junto a la inspección visual de las mismas por el dermatólogo, suelen realizarse pruebas diagnósticas complementarias de diverso tipo que permiten clasificarlas con seguridad. Estas pruebas suelen estudiar su flujo hemodinámico para determinar si son de alto o bajo flujo. En general, las malformaciones vasculares de bajo flujo no tienen un alto riesgo para la salud del paciente, mientras que las de alto flujo sí.

Las pruebas médicas clásicas para determinar si hay alto flujo en las anomalías vasculares suelen consistir en ecografías de tipo Doppler y en resonancias magnéticas. Ambas pruebas médicas requieren equipos costosos que manejan especialistas médicos distintos a los dermatólogos, no suelen estar inmediatamente disponibles y sus resultados tampoco. Por tanto, existe un retraso, que puede ser crítico, desde la primera visita al especialista médico hasta que se realiza el diagnóstico de la malformación.

Un indicador de la presencia de alto flujo en anomalías vasculares es el aumento local de su temperatura. Para hacer un diagnóstico basado en la temperatura corporal, se requieren instrumentos que permitan detectar variaciones térmicas con una buena resolución espacial. En ese sentido, las cámaras infrarrojas cumplen ese cometido. Son capaces de medir los niveles de radiación infrarroja que emitimos. Su valor depende de la temperatura a la que nos encontremos.

Ayuda al diagnóstico temprano

En muchos casos, las cámaras infrarrojas comerciales no están optimizadas para uso clínico. Su coste es aún elevado para que cada especialista pueda disponer de una en su consulta y además no permiten una análisis y almacenamiento de sus datos de forma sencilla. Tampoco son en muchos casos manejables ni tienen la suficiente autonomía para funcionar durante toda una sesión de consultas.

El área de Dermatología Infantil del Hospital Virgen de Rocío de Sevilla está desarrollando en colaboración con el Instituto de Microelectrónica de Sevilla un sistema de visión con cámaras infrarrojas de bajo coste. Estos han sido diseñados y optimizados para su uso clínico. Permiten tomar de forma instantánea imágenes termográficas, son portables, y además pueden capturar imágenes en el espectro visible, como hacen las cámaras convencionales.

Tras analizar durante un año diversos tipos de anomalías vasculares con el sistema desarrollado, hemos concluido que puede ser de gran ayuda al diagnóstico temprano de anomalías vasculares. Además, las imágenes termográficas permiten evaluar la correcta evolución del paciente tras varias sesiones de tratamiento. El objetivo final es dotar a las unidades de dermatología de una herramienta adicional que ayude al diagnóstico temprano de las malformaciones vasculares.

Existe la creencia de que la muleta del torero es de color rojo porque provoca de forma más efectiva al toro. Nada más lejos de la realidad, posiblemente, una capa verde o azul produciría el mismo efecto. En realidad, el toro ataca al detectar el movimiento de la capa. El color rojo ha sido usado tradicionalmente porque sirve para ocultar las manchas y es vistoso para el público.

Los conos son las células de la retina encargadas de detectar el color. La mayoría de los mamíferos tienen visión dicromática, es decir, dos tipos de conos optimizados para detectar dos colores distintos. Los humanos tenemos visión tricromática: nuestra retina tiene tres tipos distintos de conos centrados a longitudes de onda que, aproximadamente, corresponden con el color azul, el verde y el rojo. Combinando sus salidas, podemos percibir las distintas tonalidades de color.

Si estudiamos la detección del color en los animales, vemos que su percepción del entorno puede ser muy distinta a la nuestra. La mayoría de los mamíferos son dicromáticos. Sin embargo, las aves y reptiles suelen tener visión tetracromática, y, algunos anfibios y peces tienen hasta seis tipos de conos distintos. Los humanos y los primates más evolucionados tenemos visión tricromática, a diferencia del resto de mamíferos (incluyendo al pobre toro).

Cabe preguntarse por qué ciertas aves y reptiles han llegado a tener un sistema visual mucho más desarrollado y complejo que el nuestro. La explicación no es sencilla. Pero la mayoría de científicos coinciden en que los mamíferos provenimos de pequeños animales nocturnos y terrestres que desarrollaron durante la época de los dinosaurios. Estos mamíferos vivían en el suelo de zonas boscosas, no siendo la percepción del color vital para su supervivencia. Por ello, su sistema visual evolucionó más tardíamente que el de otros animales y aves.

Ante esta excitante perspectiva sobre la visión en color, cabe preguntarse si las cámaras que usamos podrían tener visión tetracromática o superior. Las cámaras convencionales tratan, lógicamente, de emular fidedignamente nuestra percepción tricromática del mundo. Para ello, usan tres filtros de color que emulan los distintos tipos de conos de la retina humana. Sin embargo, su capacidad de detección va más allá que el ojo humano, pudiendo detectar radiación en el infrarrojo cercano y en la banda ultravioleta.

En el Instituto de Microelectrónica de Sevilla, tradicionalmente se han fabricado e implementado sistemas de visión capaces de detectar color. Un planteamiento lógico es extender las bandas de operación en color de los sensores más allá de la visión tricromática. Ello nos permitiría obtener información adicional sobre el mundo que nos rodea. Algunos investigadores vinculados con la Institución han usado cámaras convencionales operando en la banda del infrarrojo cercano. Ello posibilita, por ejemplo, detectar de forma más eficiente la energía de llamas y fuego. En paralelo, el hecho de implementar sistemas de visión tetracromáticos o superiores, nos ayudaría a entender mejor cómo perciben el mundo algunos seres que nos rodean, con un sistema visual increíblemente mucho más evolucionado y complejo que el nuestro.

Hoy en día estamos bastante habituados a usar cámaras y dispositivos de vídeo. Casi todo el mundo tiene un móvil con el que puede tomar fotos o grabar vídeo con una calidad aceptable. Al mismo tiempo, estamos expuestos a esta tecnología de manera inevitable: por ejemplo, cuando entramos en un aeropuerto o en un centro comercial somos grabados. Aunque no todo el mundo conoce al detalle cómo funciona una cámara, somos conscientes de sus limitaciones. Por ejemplo, evitamos tomar una foto con el sol de cara o activamos el flash para operar con baja iluminación.

En un sistema de visión convencional, las imágenes que vemos están formadas por píxeles. Si nos acercamos mucho al monitor de nuestro ordenador, podemos ver los píxeles, que no son más que puntos pequeños, que se iluminan con un color y una determinada iluminación, para formar una imagen estática. Un secuencia de vídeo es una sucesión de imágenes estáticas (frames) que se reproducen a una velocidad tal que nuestro ojo no perciba ningún tipo de discontinuidad temporal entre frames consecutivos.

Sin embargo, los sistemas biológicos de visión operan de una forma muy distinta a los sistemas artificiales de visión basados en frames, a los que estamos habituados, siendo capaces de ofrecer mejores prestaciones en la mayoría de situaciones y entornos en los que no hay condiciones controladas de iluminación. Por ejemplo, nuestra retina es capaz de operar en condiciones extremas de baja iluminación (podemos ver con la luz de las estrellas). Somos capaces de ver bien en situaciones de mucho contraste, por ejemplo, con el sol de cara.

Además la retina procesa la información antes de transmitirla al cerebro. Es decir, sólo información relevante es transmitida para reducir el consumo de energía y la cantidad de información transmitida. Típicamente esta información relevante es el contraste espacial (bordes y formas de objetos) y el contraste temporal (movimiento y cambios temporales en la escena).

En cuanto a la percepción del color, una cámara convencional utiliza filtros de color (rojo, verde y azul) sobre distintos píxeles. Luego las salidas de los píxeles se combinan para obtener una imagen coloreada. Sin embargo, los humanos no percibimos los colores de esa forma: hay parejas de colores que son mutuamente exclusivas (rojo-verde y azul-amarillo), es decir, no las podemos percibir de forma simultánea.

El auge del desarrollo de los sistemas de visión, junto con un mayor conocimiento del funcionamiento de los sistemas de visión biológicos, hizo que la comunidad científica comentara a principio de los noventa a fabricar sistemas artificiales de visión que emulaban el comportamiento de la retina humana. El Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE) apostó por estos dispositivos bio-inspirados, obteniendo resultados significativos. Por ejemplo, en el IMSE se han diseñado prototipos que permiten detectar el movimiento de objetos a muy alta velocidad (600.000 revoluciones por minuto), con condiciones de iluminación estándar.

Actualmente, en colaboración con la Universidad de Oslo, se están testando sistemas de visión capaces de detectar transiciones entre colores primarios a muy alta velocidad. En paralelo, dentro del grupo de Microelectrónica Analógica y de Señal Mixta del Instituto de Microelectrónica de Sevilla, se están diseñando dispositivos que pueden operar con niveles de iluminación muy dispares, similares a los que puede percibir la retina humana.

Aunque estos dispositivos sintéticos ofrecen buenas prestaciones, aún están lejos de superar a los sistemas de visión convencional en calidad de imagen. Sin embargo, tienen una gran potencial para aplicaciones de robótica, visión artificial o vigilancia. El mayor desafío actual es obtener píxeles compactos que emulen todas las funcionalidades de la retina, que nos permitan construir retinas sintéticas cada vez más avanzadas. ¿Y por qué no? Poder desarrollar algún día sistemas de visión artificial, que incluso puedan ver mejor que nuestros ojos, y que nos permitan prescindir de nuestras gafas…