José F. Pertusa Grau - Técnicas de análisis de imagen, (2a ed.)

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1.Ni que decir tiene que las estructuras orgánicas sufren cierta retracción como consecuencia de la acción de los fijadores. En el ejemplo propuesto hemos obviado este efecto, aunque en los análisis de muestras fijadas siempre deberemos tener en cuenta este fenómeno.

2.Georges-Louis Leclerc, Conde de Buffon (1707-1788), nacido en Montbard, Francia, fue un notable naturalista que, además de contribuir de manera decisiva al establecimiento de las bases de lo que luego sería la Teoría de la Evolución de Darwin-Wallace, realizó importantes contribuciones en el área de la matemática. Unas de estas contribuciones ha quedado perpetuada con el nombre «Las agujas de Buffon».

3.Hally A. D. (1964): «A counting method for measuring the volumes of tissue components in microscopical sections», Quarterly Journal of Microscopical Sciencie 105: 503.

3. Análisis de imagen asistido por ordenador

3.1 Orígenes del análisis de imagen

A pesar de la importancia que han alcanzado los métodos cuantitativos basados en el análisis de imagen en la investigación biológica, estas técnicas no surgieron alrededor de las necesidades de la biología sino que son consecuencia de las necesidades que tenía la industria metalúrgica de disponer de métodos fiables y rápidos para el control de la calidad de los aceros.

Las plantas siderometalúrgicas producen aceros de diversas calidades que, obviamente, se venden a precios diferentes. Las variedades del acero dependen, básicamente, de la aleación del hierro con muy diversos elementos, entre los que ocupa un lugar preponderante el carbón. Tradicionalmente se determinaba la calidad de un acero por la proporción y el tamaño de las partículas de carbono en el interior del hierro, lo que se estimaba midiendo el tamaño medio de las inclusiones no metálicas en el hierro y su cantidad relativa en la aleación. Así, la industria del acero había creado una serie de patrones de calidad que relacionaban estas características estructurales con las propiedades fisicoquímicas del material y que se vendían a precios diferentes.

Para llevar a cabo la estima de las características estructurales se seguía el protocolo de trabajo largo y tedioso del método de la pesada (véase capítulo 2). Para la determinación del contenido de carbón de las muestras de acero, los técnicos del laboratorio ya contaban con una herramienta inestimable. Basándose en la propuesta de Delesse (1847), que se refiere a que «en un sólido bifásico, la proporción del área que ocupa una fase en una sección es igual a la fracción de volumen que ocupa la misma materia en el conjunto del sólido», los técnicos podían extrapolar el resultado del análisis de una muestra a todo el acero de ese lote. Por tal principio, era suficiente determinar qué proporción de la imagen microscópica estaba ocupada por el carbono y cuál estaba ocupada por el hierro.

A pesar de que el problema se resolvía adecuadamente, el método era muy lento porque la validación de los datos suponía un largo proceso de fotografiado, revelado, recortado y pesado, repitiendo la operación tantas veces como fuera necesario, tomando un cierto número de campos microscópicos, para validar estadísticamente los resultados. La seguridad del dato dependía del número de repeticiones, por lo que a la fiabilidad se le oponía la laboriosidad.

Para simplificar el proceso, la industria siderúrgica utilizaba un método alternativo generalizado que consistía en la comparación de fotografías de secciones de acero con una serie de plantillas de calidad conocida. Un grupo de técnicos especializados se encargaba de diagnosticar la calidad, lo que traía como consecuencia importantes diferencias entre centros de producción y entre técnicos de cada planta, debido a lo mucho de pericia y subjetividad que encerraba el método. Por tal motivo, y para evitar reclamaciones de los clientes, se solía rebajar la calidad final declarada, lo que traía aparejado pérdidas económicas importantes ya que se vendían aceros de calidades superiores como aceros de menor calidad. Este hecho fue lo que impulsó la investigación de métodos de análisis que permitiesen determinar las calidades de los aceros de la manera más objetiva posible; una importante coincidencia que completó el escenario necesario para la entrada de los primeros métodos analíticos de la imagen fue la aparición de la televisión y su incorporación a la instrumentación científica.

Teniendo en cuenta los avances que se han ido sucediendo en la técnica y el pensamiento científico, la historia del análisis de imagen se puede dividir en tres fases y unos prolegómenos.

Los prolegómenos se pueden situar alrededor de los años 50, cuando la televisión aún no había acabado de entrar en las aplicaciones tecnológicas. En aquel marco tecnológico surge el primer aparato para el análisis de imagen, basado en un sensor móvil que podía recorrer una fotografía dando saltos al azar. El sensor registraba los niveles de luz de los diversos puntos tomados aleatoriamente (por esta particular forma de trabajar se denominó flying spot , punto volante, a esta técnica de análisis). La probabilidad de que el punto volante registrase un campo oscuro u otro claro era proporcional a la fracción de área ocupada por la parte oscura y la parte clara de la imagen.

3.2 Los primeros analizadores

La primera fase histórica comenzó cuando la casa Metals Research Ltd sacó al mercado el equipo llamado Quantitative Television Microscope model A (abreviado como Quantimet A o QTM A). El avance que presentaba este equipo respecto al flying spot era la incorporación de un sistema de televisión; esto aceleraba notablemente el proceso de medida del contenido de incrustaciones metálicas, ya que la imagen se transfería mediante una cámara de vídeo desde el microscopio al televisor, con lo que se ahorraba el largo proceso fotográfico requerido con anterioridad. Las imágenes microscópicas se podían medir directamente sobre la misma pantalla.

El sistema se complicó al dotar al equipo QTM A de una memoria en la que mantener almacenada cierta información perteneciente a la imagen captada por la cámara. El nuevo modelo, llamado QTM B es, en cierta manera, el auténtico pionero de los modernos sistemas de análisis de imagen.

La forma de trabajar de estos revolucionarios modelos era rudimentaria, aunque eficaz. La utilización de la pantalla de televisión permitía eliminar el sensor móvil del flying spot , utilizando el propio mecanismo de barrido del tubo de rayos catódicos de la pantalla para medir el nivel de iluminación de los puntos de la imagen. La incorporación de la memoria permitió comparar una línea con la siguiente, al posibilitar almacenar la información de la primera línea de barrido antes de realizar el barrido de la siguiente. El cambio brusco de luz a oscuridad indicaba una transición de fase (un «evento» en la terminología de la época). Cuando dos eventos se encontraban separados el tiempo aproximado que tardaba el sensor en recorrer una línea completa, se podría considerar que se encontraba ante el borde de un objeto; igualmente, la altura del objeto podría ser medida como el número de líneas contiguas en el que aparecía el mismo evento.

El problema que se planteaba con QTM B era que los objetos de forma estrellada se contaban tantas veces como puntas tenía la estrella, con lo que se hacía una sobrevaloración del número de cuerpos oscuros presentes en la muestra.

A pesar de las limitaciones se llegaron a vender más de dos mil unidades, mayoritariamente en el sector siderometalúrgico.

Hacia el año 1968 las casas alemanas Leitz y Zeiss sacaron al mercado sendos equipos analógicos, Clasimat y MicroVideomat, que resolvían parcialmente el problema de las puntas de las estrellas mediante una nueva técnica que denominaron recuento topológico de objetos: mientras los objetos no presentasen agujeros en su interior, se contaban como elementos con independencia de su forma externa.