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INFORME TECNICO FINAL
EXTENSO
Título del proyecto: Sistema computacional para la clasificación automática de
cromosomas auxiliar en el diagnóstico temprano de enfermedades genéticas.
Responsable Técnico: Yahir Hernández Mier.
Clave del Proyecto: 2011-C35-177628.
Institución.: Universidad Politécnica de Victoria.
1. Resumen del proyecto
El objetivo del proyecto era desarrollar un sistema capaz de realizar automáticamente la
clasificación de cromosomas para fabricar cariogramas (cariotipos). Estos cariogramas
permiten la identificación de anomalías genéticas. El presente proyecto se desarrolló en
cuatro etapas, de las cuales, la segunda etapa consumió la mayor parte del tiempo
destinado al mismo. Durante la primera etapa del proyecto se instaló un sistema de
microscopia marca Carl Zeiss con cámara digital acoplada y con conexión a una
computadora. En realidad fue durante el tiempo de la segunda etapa, pero se cumplió con
la instalación. Este sistema se puede ver en el Anexo 3. Con este sistema, la Bióloga
Marisa Mujica, del Hospital Infantil de Tamaulipas, adquirió una serie de imágenes de
cromosomas observables en muestras de sangre preparadas con la técnica Giemsa. En
total se adquirieron 40 imágenes. En la parte técnica, en esta primera etapa se
comprometió la integración e instalación del sistema, así como el desarrollo de un módulo
de procesamiento de imágenes para el mejoramiento de la calidad visual de las imágenes.
Estos productos se entregaron en tiempo y forma. El Anexo 1 contiene la información
documental correspondiente a este módulo. En cuanto a la formación de recursos
humanos, se tuvieron dos tesistas de ingeniería que trabajaron en este proyecto y
produjeron las tesinas necesarias para graduarse. Sus tesinas se muestran en el Anexo 9.
La segunda etapa del proyecto consistió en desarrollar un módulo de procesamiento de
imágenes para la segmentación (separación) en estructuras individuales de los
cromosomas. Esta etapa fue crítica durante el desarrollo del proyecto, ya que hasta
apenas un par de meses arias se empezaron a tener resultados significativos. En total, se
estuvo trabajando en esta etapa más de 18 meses, Inicialmente se subestimo su dificultad
y se pensó que con herramientas desarrolladas anteriormente por los participantes en el
proyecto se podía realizar la tarea. Sin embargo, la literatura encontrada al respecto
muestra que es un problema para el cual no existe una técnica que funcione en todos los
casos. Actualmente, se llegó a una metodología que permite segmentar los cromosomas
en estructuras individuales, que si bien, no es infalible, con la parametrizacion adecuada,
se obtienen buenos resultados en las imágenes consideradas como “difíciles”. En el Anexo
6 se presenta un resumen de la técnica desarrollada. Tomo mucha reflexión y
experimentación el llegar hasta los resultados que se muestran. Se recomienda leer con
atención ese anexo, en especial la sección 3, por el trabajo implicado. Actualmente, esta
técnica se encuentra en evaluación y se prepara un artículo que será enviado a una revista
indexada. En diciembre de 2014 se tuvo una plática con los expertos del área de
citogenética del Hospital Infantil y comentaron que los resultados de segmentación que se
alcanzaron en esta etapa son más que suficientes para sus propósitos, y que los esfuerzos
deben enfocarse en la automatización de la clasificación y producción del cariograma. En
esta etapa, además del módulo de segmentación, se comprometieron dos tesinas de
ingeniería y un artículo. Las tesinas no se realizaron debido principalmente a problemas
administrativos y el artículo sobre segmentación se encuentra en preparación. El
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investigador colaborador principal en esta etapa deja de participar con el equipo de trabajo
debido a un cambio de residencia a otro país, así como de obligaciones laborales.
En la tercera etapa debió desarrollarse el módulo de clasificación automática y una
interfaz usuario, sin embargo, durante el tiempo destinado a esta etapa se continuó
trabajando en el algoritmo de segmentación automática de cromosomas. Se realizó una
investigación bibliográfica sobre los posibles algoritmos a utilizar y se produjo un pequeño
reporte. En esta etapa se recibió la computadora comprada con recursos del fondo, la cual
tiene el procesador, la memoria y la tarjeta gráfica que facilitan el desarrollo de
aplicaciones de procesamiento de imágenes en programas de cálculo numérico. A partir
del tercer cuatrimestre del año 2014 se empezó a trabajar en los algoritmos de
clasificación utilizables en la construcción del cariotipo. Los recursos originalmente
destinados a la tercera etapa ya no se recibieron porque no se entregó a tiempo el informe
financiero de la primera etapa. Solo se recibieron los recursos hasta la segunda etapa.
En la cuarta etapa debió entregarse un sistema de clasificación automática de
cromosomas funcional evaluado. Lo que se tiene actualmente es una herramienta grafica
que permite marcar los cromosomas que no fueron separados automáticamente por el
módulo de segmentación automática y realizar la segmentación utilizando la marca
propuesta por el usuario. Es un producto entregable al usuario que, por el momento, solo
facilita la separación de los cromosomas. Durante el tiempo destinado a la cuarta etapa, se
tuvieron avances significativos en la segmentación automática de cromosomas y se
obtuvieron resultados iniciales en el módulo de clasificación automática. En esta etapa se
debió ya tener un sistema integrado y evaluado, sin embargo, aún se encuentran en
desarrollo las actividades de la tercera y cuarta etapa del proyecto (las más cortas). El
trabajo de exploración de clasificadores y evaluación del sistema correrá a cargo de un
tesista de maestría en ingeniería, becado por Conacyt, que comenzara a desarrollar su
tesis a partir de abril de 2015 (ver Anexo 4). Es el primer tesista de maestría que trabajara
en el proyecto.
Los resultados alcanzados hasta el momento muestran que aún no se alcanza la meta
final establecida. El equipo de trabajo está consciente de que, desde el punto de vista
técnico, aun no se podría finiquitar el proyecto. Sin embargo, los últimos resultados, así
como el estudiante de maestría que se acaba de integrar al proyecto, garantizan que los
productos comprometidos inicialmente se alcancen y se pueda finiquitar el proyecto.
Además, los productos científicos de este proyecto son de suma importancia para los
involucrados en su desarrollo, ya que se espera que las publicaciones generadas permitan
el ingreso, o en su caso la permanencia, de los participantes en el Sistema Nacional de
Investigadores. Esto es otra garantía de que las metas se alcanzaran. Se propone, si es
posible, tener reuniones periódicas con los responsables del seguimiento de proyectos del
Fondo Mixto Conacyt-Tamaulipas para verificar el avance en la consecución de las metas
pendientes.
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2. Logro de objetivos y metas
A continuación se presenta un concentrado de las metas comprometidas y su porcentaje
de realización.
Meta
Porcentaje de termino
Una plataforma de adquisición de imágenes de cromosomas
(hardware y software) capaz de comunicarse con la unidad central 100%
de procesamiento
Un módulo de software de preprocesamiento de imágenes de
cromosomas para el mejoramiento de la calidad visual y realce de 100%
información
Un módulo funcional que separe los cromosomas del resto de la
95%
imagen incluyendo cromosomas que se encuentren superpuestos
Un módulo de software para la clasificación automática de
cromosomas por tamaño y tipo y que genere un cariograma 60%
básico.
Una interfaz usuario que facilite la interacción con la plataforma de
adquisición de imágenes y con los módulos software de 50%
procesamiento digital de imágenes
Un conjunto de indicadores objetivos que permitan evaluar el
funcionamiento y comparar los resultados de clasificación del 30%
sistema automatizado con los resultados obtenidos por un experto
Un sistema de generación automática de cariotipos funcionando
30%
en el centro hospitalario
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3. Productos obtenidos
a) Descripción y alcance de los productos generados
1. Un reporte donde se resumen las características principales de software
comercial con funcionalidades similares a las del sistema que aquí se propone.
Este reporte permitirá definir las características mínimas con las que debe
contar el sistema propuesto. Ver Anexo 1.
2. Un reporte donde se resumen las características hardware con que debe contar
el sistema. Ver Anexo 2.
3. Un sistema funcional de adquisición de imágenes capaz de adquirir imágenes
de microscopia, enviarlas a la computadora y almacenarlas. Ver Anexo 3.
4. Un reporte que contiene las técnicas utilizadas para mejorar la calidad visual,
así como la calidad informativa de la imagen. Las imágenes producidas en esta
etapa son las utilizadas como entrada para la etapa de segmentación de
cromosomas. Ver Anexo 4
5. Un reporte del estado del arte de los algoritmos de segmentación aplicables a
las imágenes de cromosomas. Ver Anexo 5.
6. Un módulo de software que realiza la segmentación individual de cromosomas.
Ver Anexo 6.
7. Un reporte del estado del arte de las técnicas de clasificación automática
aplicadas a imágenes de cromosomas. Ver Anexo 7.
8. Un módulo de clasificación y fabricación de cariotipo. Este producto no está
completo, pero los avances se presentan en el Anexo 8.
9. Una interfaz de usuario amigable para el usuario. No se tiene este producto.
10. Un reporte conteniendo los resultados de las pruebas efectuadas al sistema y
de las comparaciones de cariotipos con las de los expertos. No se tiene este
producto.
11. Un manual de usuario del sistema. No se tiene este producto.
12. Tres sesiones de capacitación para el uso del sistema. No se han realizado.
b) Descripción de los productos entregables a los usuarios
Un sistema de microscopia para la adquisición de y preprocesamiento de las
imágenes.
Un módulo de segmentación semiautomática de cromosomas fácilmente utilizable,
basado en el módulo software de clasificación automática de cromosomas.
c) Mecanismos de Transferencia
Una vez que sean terminados los módulos de software, se hará un manual de
usuario y se dará capacitación al personal del Hospital Infantil para el uso de la
herramienta.
d) Formación de recursos humanos
Se recibieron dos estudiantes quienes realizaron el trabajo necesario para producir
cada uno una tesina de ingeniería. Ver Anexo 9.
Actualmente comenzara a trabajar un tesista de maestría becado por Conacyt en
el desarrollo de un clasificador automático de cromosomas y ella evaluación del
sistema. Ver Anexo 10.
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4. Desviaciones y/o modificaciones
a) Descripción de las desviaciones y/o modificaciones
a. 1 No se ha terminado el módulo de clasificación automática de
cromosomas. a.2 No se tuvieron estudiantes de maestría durante el
tiempo normal del proyecto. a.3 No se han realizado las publicaciones
comprometidas.
a. 4 No se ha entregado el sistema funcional, con interfaz amigable, al Hospital
Infantil.
b) Acciones para corregir las desviaciones y/o modificaciones
b. 1 Actualmente se prueban los algoritmos de clasificación automática de
cromosomas. b.2 Se acaba de iniciar un proyecto de tesis de maestría, con un
becario de Conacyt, cuyo
Objetivo es encontrar el algoritmo de clasificación más adecuado para lidiar
con el problema de la construcción del cariograma, así como la evaluación del
sistema completo. Ver Anexo 10. b.3 Actualmente se prepara un artículo que
abarca la segmentación individual de cromosomas. Se preparara otro artículo al
finalizar la tesis de maestría. b.4 Durante el desarrollo de la tesis de maestría se
integraran los módulos y se fabricara una interfaz amigable para el usuario.
5. Grupo
de
Trabajo
Integración y desempeño
La programación en lenguaje de alto nivel de los algoritmos quedo a cargo del
Responsable Técnico, y del Dr. Nuno Maganda. Se tuvieron tres sesiones de trabajo
semanales.
6. Trabajo restante
6.1 Enviar a publicación el artículo sobre segmentación automática de
cromosomas.
6.2 Terminar y evaluar el algoritmo de clasificación.
6.3 Programar una interfaz usuario que integre todos los módulos.
6.4 Redactar un artículo para una revista indexada sobre la propuesta con todos
los módulos de software integrados.
6.5 Entregar el sistema funcional al personal del laboratorio de citogenética del
Hospital Infantil y realizar las actividades de transferencia.
______________________________________ 19 de marzode2015
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