Los modelos animales se han convertido en una herramienta fundamental en el estudio de los mecanismos fisiopatológicos responsables del desarrollo de diversas enfermedades humanas, y en el avance, tanto en el diagnóstico como en el tratamiento, de las mismas. Esto se debe a que ofrecen una serie de ventajas, principalmente la posibilidad de trabajar con controles sanos y adecuados en cada caso, y a la ausencia de factores de variabilidad, como las diferencias debidas a la edad, a enfermedades concomitantes y a tratamientos farmacológicos. Uno de los campos en los que el uso de animales de experimentación ha experimentado más avances es en el estudio de las enfermedades cardiovasculares, ya que representan uno de los principales problemas médicos de los países industrializados. En los últimos años se han desarrollado y mejorado diferentes técnicas de diagnóstico por imagen no invasivas destinadas al estudio de animales de experimentación de pequeño tamaño. Además de permitir la medición de las dimensiones de los órganos o lesiones, las técnicas de imagen permiten tener acceso a parámetros funcionales normales en estos animales, incluso antes del nacimiento, lo que posibilita investigar patologías que tienen lugar en el periodo prenatal. Conocer la anatomía y fisiología de los animales de experimentación sanos es de gran importancia para el posterior estudio de modelos de enfermedades humanas. En este trabajo se ha realizado el estudio de la vascularización arterial del ratón mediante ecografía de alta frecuencia y se ha analizado la estructura histológica de la aorta descendente abdominal y de la arteria femoral del mismo. Por otro lado, se ha estudiado, mediante técnicas de imagen, la morfología de un ratón mutante para la proteína SIRT1, que podría utilizarse como modelo de patología cardiaca. / Animal models have become a useful tool in the study of physiopathological mechanisms responsible for the development of human diseases. They are also interesting for the study of different diagnostic techniques and treatments of these affections. This is due to the fact that animal models have several advantages, such as the possibility to work with healthy and appropriate controls, and also because they allow to reduce the variability factors, such as differences in age, presence of concomitant diseases, and pharmacological treatments. As cardiovascular diseases are the main cause of human death in developed countries, the use of animal models in cardiovascular research has considerably increased. At the same time, different diagnostic imaging techniques have been developed for the study of small laboratory animals. These techniques allow the study of normal and abnormal morphology and physiology in rodents, even during foetal life. If we want to study animal models of cardiovascular disease, it is absolutely necessary to know first the normal anatomy and physiology of these animals. For this reason, we have studied the normal arterial vascularisation in mice (aorta, brachiocephalic trunk, left common carotid artery, left subclavian artery, right renal artery, and left femoral artery) by means of B-mode and pulsed Doppler high frequency ultrasound, and we have analyzed the microscopic structure of the abdominal aorta and femoral artery. On the other hand, we have studied, by means of imaging techniques, the cardiac morphology of a mice model deficient for SIRT1 protein that would be used as a model of cardiac pathology.

El processament d'imatges mèdiques és una important àrea de recerca. El desenvolupament de noves tècniques que assisteixin i millorin la interpretació visual de les imatges de manera ràpida i precisa és fonamental en entorns clínics reals.La majoria de contribucions d'aquesta tesi són basades en Teoria de la Informació. Aquesta teoria tracta de la transmissió, l'emmagatzemament i el processament d'informació i és usada en camps tals com física, informàtica, matemàtica, estadística, biologia, gràfics per computador, etc.En aquesta tesi, es presenten nombroses eines basades en la Teoria de la Informació que milloren els mètodes existents en l'àrea del processament d'imatges, en particular en els camps del registre i la segmentació d'imatges.Finalment es presenten dues aplicacions especialitzades per l'assessorament mèdic que han estat desenvolupades en el marc d'aquesta tesi. / Medical imaging is an important focus of research. The development of new techniques that assist and enhance visual image interpretation in a timely and accurate manner is fundamental in real clinical environments. Most of the contributions of this thesis are based on Information Theory. This theory deals with the transmission, storage and processing of information and it is used in fields such as physics, computer science, mathematics, statistics, economics, biology, computer graphics, etc.In this thesis, several information theoretic tools have been presented in order to improve the existing methods in the image processing area, in particular in the image registration and segmentation fields.Finally, two of the specialized applications for medical assessment which have been developed in the scope of this thesis are presented.

Se describen los principios de medida operativos para un banco fotoelástico automatizado basado en la adquisición de la imagen en una cámara CCD, digitalización en 256 niveles y 512x512 píxel, y su procesado con algoritmos específicos fotoelásticos. La secuencia del análisis queda configurada en las siguientes fases:1. Reconocimiento inteligente del contorno.2. Calculo del ángulo de isoclima corregido.3. Pseudoisostáticas y líneas de máxima cizalladura.4. Obtención directa del retardo absoluto.5. Resolución del estado tensional completo mediante aplicación del método de las diferencias finitas a las ecuaciones de equilibrio y compatibilidad.6. Postproceso de datos.Se realiza una aplicación práctica de la misma a los casos de: flexión pura.

En aquesta memòria es presenten diversos treballs relacionats amb la utilització dels sensor de flux òptic de baix cost pel desenvolupament de nous sistemes de mesura compactes i de molt baix cost. Les aplicacions plantejades permeten aprofitar tot el potencial industrial d’aquest tipus de sensors. Els sensors de flux òptic tenen la peculiaritat d’incorporar dins d’un únic encapsulat un sistema d’adquisició d’imatges i un processador digital preprogramat per a realitzar el còmput de flux òptic (optical flow) de la imatge. D’aquesta manera, aquest tipus de sensors no requereixen cap sistema processador addicional i, en alguns casos, poden funcionar sense cap altre element addicional de control. Actualment, l’èxit dels sensors de flux òptic ha facilitat la seva producció industrial massiva amb costos de fabricació molt baixos el que ha incentivat el desenvolupament de noves aplicacions en camps tan diversos com la robòtica on el cost és un element fonamental en les aplicacions destinades a un mercat de consum. En aquesta memòria es presenta, per una banda, l’anàlisi de l’estat de l’art dels sensors de flux òptic i les seves aplicacions, i per l’altra, el treball de recerca realitzat sobre l’ús d’aquest sensor per a desenvolupar un codificador rotatiu incremental, un codificador absolut, un sistema de detecció de monedes falses de 2 euros, i per a realitzar el seguiment de la pupil•la de l’ull d’una persona amb discapacitat. Els resultats obtinguts a partir de les proves experimentals realitzades amb els diferents sensors de flux òptics utilitzats als dispositius proposats han permès validar les propostes realitzades i la versatilitat del disseny del sensor. / En esta memoria se presentan diversos trabajos de investigación relacionados con la utilización de sensores de flujo óptico de bajo coste para el desarrollo de nuevos sistemas de medida compactos y de muy bajo coste. Las aplicaciones planteadas permiten aprovechar todo el potencial industrial de este tipo de sensores. Los sensores de flujo óptico tienen la particularidad de incorporar dentro de un único encapsulado un sistema de adquisición de imágenes y un procesador digital preprogramado para realizar el cómputo de flujo óptico (optical flow) de la imagen. De esta manera, este tipo de sensores no requieren ningún sistema procesador adicional y, en algunos casos, pueden funcionar sin ningún otro elemento adicional de control. Actualmente, el éxito comercial de los sensores de flujo óptico ha facilitado su producción industrial masiva con costes de fabricación muy bajos lo que ha incentivado el desarrollo de nuevas aplicaciones en campos tan diversos como la robótica donde el coste es un elemento fundamental en las aplicaciones destinadas a un mercado de consumo. En esta memoria se presenta, por un lado, el análisis del estado del arte de los sensores de flujo óptico y sus aplicaciones, y por el otro, el trabajo de investigación realizado sobre la utilización del sensor para el desarrollo de un codificador rotativo incremental, un codificador absoluto, un sistema de detección de monedas falsas de 2 euros y para realizar el seguimiento de la pupila del ojo de una persona con el fin de desarrollar un dispositivo apuntador que pueda ser de utilidad para una persona con discapacidad. Los resultados obtenidos en las pruebas experimentales realizadas con los diferentes sensores de flujo óptico utilizados en los dispositivos propuestos han permitido validar las propuestas realizadas y la versatilidad del diseño del sensor. / This work presents the research performed with optical flow sensors and the proposal of several new compact and low cost applications developed to take full advantage of the industrial potential of these sensors. Optical flow sensors include into the same chip an image acquisition system and a digital signal processor programmed to compute the optical flow of the image acquired. These sensors do not require additional post-processing and can operate without any other additional external control or processing device. Currently, the commercial success of the optical flow sensors has fostered its massive industrial production and has reduced its final cost. This characteristic, combined with the versatility of the design of the sensor, has also fostered the development of a huge range of new applications in different areas, such as robotics, where the cost is a fundamental factor that prone the development and commercialization of new consumer applications. This works presents, in one hand, a review of the state of the art of the research and development related with optical flow sensors and, in the other hand, a set of new applications proposed to take full advantage of the characteristics of the sensor. The new applications proposed are: a relative encoder, an absolute encoder, a counterfeit system for the 2€ case, and an accessibility device that tracks the pupil of the user to control pointer displacement in a computer screen. This device has been designed specifically to help people with mobility impairments in the upper extremities that cannot use the computer mouse. In all cases, the experimental results achieved with the different optical flow sensors used in the new applications proposed have validated the utility and versatility of each proposal and the utility and versatility of the design of this optical sensor.