Download docx - Trabajos de Grado de la facultad de Ingeniería de Sistemas

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
Caracterización de necesidades
Presentado por:
Oscar Darío Malagón Murcia
Andrés Alberto Amórtegui Martínez
Bogotá, Colombia
2016
Pontificia Universidad Javeriana
Propuesta para Trabajo de Grado - Proyecto de Aplicación Práctica
Tabla de contenido
SALIENCIA APLICADA SOBRE IMÁGENES MÉDICAS ................................................................................................................. 3
SALIENCIA APLICADA SOBRE UNA TAC ................................................................................................................................... 4
CONTEXTO COLOMBIANO ...................................................................................................................................................... 5
SOFTWARE ESPECIALIZADO EXISTENTE................................................................................................................................... 6
NECESIDADES DE LOS ALGORITMOS ....................................................................................................................................... 8
NECESIDADES DEL PROCESO DE DETECCIÓN ........................................................................................................................... 9
BIBLIOGRAFÍA: ...................................................................................................................................................................... 10
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Propuesta para Trabajo de Grado - Proyecto de Aplicación Práctica
Saliencia aplicada sobre imágenes médicas
Para la aplicación de la saliencia sobre imágenes médicas, estas últimas deben cumplir unos
requisitos que permitan que esta aplicación se lleve a cabo:
1. Las imágenes médicas a utilizar deben ser creadas a partir del tórax de un paciente
expuesto a rayos x u otras radiaciones electromagnéticas de alta energía.
2. Debido a que los pulmones están compuestos de tejidos blandos, es necesario
para crear imágenes claras generar la radiación sobre ellos con una alta diferencia
de potencial (50-150 KVp) en una máquina trifásica de alta frecuencia que alimenta un ánodo de wolframio.
3. Dado que las anomalías pulmonares que se quieren identificar en ocasiones
pueden estar ocultas y confundirse con el tejido normal pulmonar, por lo que si es
el caso, deberían utilizarse imágenes en las cuales se aplicaron fluidos fluorescentes en los pacientes.
4. Las imágenes médicas a utilizar serán de tres tipos, imagen por emisión, imagen
por transmisión, imagen por reflexión, puesto que cada una provee un resultado
distinto por el tipo de onda aplicada.
5. El tipo de imágenes médicas a utilizar son convencionales o analógicas y digitales o
computarizadas. Procurando utilizar en un mayor porcentaje las ultimas mencionadas debido a que son más fáciles de modificar.
6. Para que una imagen médica sea utilizada debe contar con parámetros de resolución espacial, resolución de contraste, resolución temporal, relación señal ruido,
artefactos.
7. Los tipos de resolución espacial a utilizar dependen del tipo de imagen, si es una
radiografía convencional, imagen digitalizada, medicina nuclear, imagen
tomográfica digital, ecografía.
8. El contraste se observa dependiendo de la imagen, es decir si la imagen es de
rayos X, de medicina nuclear, ecografía, resonancia magnética.
9. Las densidades del contraste mostrado en la imagen médica dependen del aire,
grasa, agua, calcio y metal.
10. La resolución temporal de una imagen médica no puede ser valorada directamente en una imagen estática, pero una baja resolución temporal puede producir también borrosidad en la imagen debido a movimiento natural de los pulmones.
11. Antes de iniciar cualquier proceso de saliencia sobre una imagen médica debe realizarse una previa interpretación para eliminar las señales de ruido.
12. Los artefactos presentes en las imágenes médicas pueden y deben evitarse antes
de aplicarse cualquier proceso de saliencia.
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Saliencia aplicada sobre una TAC
Para la aplicación de la saliencia sobre imágenes TAC, estas últimas deben cumplir unos
requisitos que permitan que esta aplicación se lleve a cabo:
1. Las imágenes TAC a utilizar deben ser “maleables” debido a que para la utilización
de la saliencia, se debe poder aislar zonas de interés de otras que no lo son tanto,
al igual que debe permitir poderse volver a reconstruir.
2. Las técnicas y filtros a usar para el mejoramiento de la claridad de la imagen deben poderse aplicar en todo el TAC o en las zonas de interés.
3. Las imágenes TAC deben ser de tipo CT que permitan la adquisición de imágenes
bidimensionales basadas en rayos X correspondientes a delgados cortes axiales a
lo largo del cuerpo del paciente.
4. Las imágenes TAC deben contrastar distintos tejidos blandos, permitiendo hacer la
diferenciación entre órganos.
5. Para poder obtener una imagen de una delgada capa de tejido, el haz de rayos X
debe ser confinado para obtener en la medida de lo posible, un flujo lo más direccional posible.
6. La reconstrucción de las imágenes TAC tienen lugar en paralelo con la adquisición
de los datos, de modo que siempre existe un retraso latente durante el procesamiento de la imagen.
7. Para cada proyección, la intensidad de señal recogida por cada uno de los detectores depende del coeficiente de atenuación y del grosor de cada tejido ubicado entre el emisor de rayos X y el detector.
8. Debido a que los pulmones cuenta con una estructura fina, es necesario que la TAC
a utilizar cuente con una mayor resolución espacial que una resolución de contaste, debido a que si la resolución espacial es insuficiente, los objetos que se encuentren muy próximos aparecerán en la pantalla como un solo objeto.
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Contexto colombiano
De acuerdo al ministerio de salud colombiano las infecciones respiratorias agudas se ubican
entre las 10 principales causas de defunción en la población general y dentro de las tres
primeras en los menores de cinco de años. Adicionalmente, las estimaciones actuales indican que cada año, la influenza estacional afecta alrededor del 10.5% de la población mundial produciendo entre 250.000 y 500.000 muertes.
El cáncer de pulmón es la primera causa de muerte por cáncer en el mundo, ocasionando
1.3 millones de muertes por año. En Colombia, además de ser la tercera causa de muerte
en hombres y cuarta en mujeres, genera 4.63 años menos de vida sana perdidos debido a
mortalidad o discapacidad. La tasa de mortalidad por cáncer de pulmón para Colombia se
ha mantenido estable desde el año 2004, sin presentar cambios significativos en su comportamiento. Dentro de los factores de riesgo con mayor evidencia para la generación de
este cáncer, se encuentra el consumo de tabaco, la inhalación y posterior acumulación de
Radón y Asbestos en el tejido pulmonar, la contaminación ambiental y la historia familiar
de cáncer de pulmón. Asimismo, la estrategia que demuestra mayor impacto sobre el consumo de tabaco es la reducción de la demanda mediante el aumento del precio, regulación
al contenido de la publicidad sobre tabaco y publicidad negativa en los productos.
En la atención del cáncer, a menudo trabajan juntos distintos tipos de médicos para crear
un plan de tratamiento integral del paciente que combine distintos tipos de tratamientos,
este plan debe contener cinco formas básicas de tratar la enfermedad; cirugía, radioterapia,
quimioterapia, terapia dirigida, inmunoterapia. Para nuestro caso en particular nos interesa
todo este proceso, pero en especial la etapa de diagnóstico y la etapa de cirugía puesto que
en estos dos puntos es en donde se quiere brindar un apoyo al profesional de la salud principalmente en la detección y ubicación de anomalías pulmonares. Asimismo, es importante
mencionar que actualmente en Colombia como ayudas tecnológicas para encontrar este
tipo de problemas se cuenta solo con una maquina moderna para la captura de TAC y su
software interno, aunque en años recientes se han estado realizado investigaciones para la
creación de dispositivos y software que se dediquen a ayudar en esta área pero hasta el
momento se ha quedado en solo investigaciones y nada formal se ha implementado.
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Software especializado existente
Para el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades respiratorias, actualmente los especialistas en el tema tienen herramientas que los apoyan en su trabajo de diagnosticar y tratar este tipo de enfermedades:
Sistema de ayuda para identificación y estimación de volumetría de nódulos pulmonares:
es un sistema desarrollado para la tesis de pregrado del hoy ingeniero José Alejandro León
Andrade en la Pontificia Universidad Javeriana, el fin de este es mediante imágenes médicas
de tomografía axial computarizada (TAC), encontrar nódulos pulmonares de forma semiautomática, haciendo uso de técnicas de procesamiento de imágenes y de esa forma brindar
una nueva ayuda en su labor de diagnosticar posibles enfermedades de manera precisa a
los médicos radiólogos.
SpiroCall: es una aplicación móvil que permite realizar diagnósticos de enfermedades pulmonares, el objetivo de esta es reemplazar al espirómetro, herramienta que en la actualidad se utiliza para monitorear condiciones tales como asma o fibrosis quística. La función
de SpiroCall consiste en un servicio automatizado de llamadas en directo que graba la
respiración del usuario a través del teléfono, inmediatamente es enviada a una computadora que la analiza con el fin de estimar las funciones pulmonares. Como restricciones se
tiene que los centros médicos cuentan con computadores capaces de ejecutar el software,
la aplicación es gratuita y solo se debe pagar el precio de la llamada y el tiempo del trabajador de la salud.
Plataforma digital que modela en 3D los pulmones a partir de las imágenes de exámenes
rutinarios: Es un sistema desarrollado por la universidad católica de Chile, el cual modela
en 3D los pulmones a partir de las imágenes de exámenes rutinarios. Aunque aún no se
utiliza como tal en centros médicos, esté podría entregar información más detallada sobre
eventuales cambios en la elasticidad y deformidad de los pulmones, los cuales son una consecuencia directa del desarrollo de enfermedades pulmonares que no pueden ser medidas
con las técnicas actuales. Adicionalmente, los creadores de este software aseguran que con
herramientas como esta u otras similares se podría prevenir enfermedades progresivas
como la fibrosis o silicosis.
Software Temporal Comparison: es una tecnología primera en su clase, busca diferencias
entre los rayos X de tórax actuales y anteriores del mismo paciente y llama la atención sobre
lo que puede ser un tumor emergente en desarrollo. El software alinea y registra las dos
imágenes del paciente y genera una imagen de diferencia, que permite a los radiólogos
identificar incluso sutiles alteraciones que aparecen con más claridad que en una radiografía
convencional. Ya este software cuenta con la aprobación para ser comercializado por la
Unión Europea. Actualmente, los médicos colocan las radiografías actual y anterior una al
lado de la otra para determinar si hay cambios en el tejido pulmonar por lo cual es muy
complicado detectar si realmente se presenta alguna anomalía en el sistema respiratorio
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de un paciente. Previamente al uso del software Comparison, debe usarse el software Bone
Suppresion de Riverain el cual ayuda a eliminar los huesos de las imágenes.
Kinect de la Xbox: En uno de los últimos avances, investigadores del Instituto de Digital
Healthcare, de la Universidad de Warwick y de diversos organismos científicos de Reino
Unido, han logrado convertir el dispositivo en un aparato capaz de detectar y monitorizar
patologías pulmonares como la fibrosis quística o enfermedad pulmonar obstructiva
crónica. El sistema Kinect combina una cámara con visión periférica, un sensor de profundidad y un micrófono, con lo que la consola sigue los movimientos y las voces de los usuarios
cuando se sitúan delante. Los investigadores utilizaron estos sensores para, mediante un
software especial, crear rápidamente una imagen en 3D del torso de un paciente, al situarse
frente a la cámara. El sistema logró, no sólo analizar la capacidad pulmonar de los pacientes
con la misma precisión que un espirómetro (el dispositivo más utilizado para estos análisis
en pacientes con problemas respiratorios), sino que consiguió incluso medir y evaluar cómo
se movía la pared torácica del paciente, lo que podría ser crucial para detectar otras posibles
complicaciones.
SuperDimension™: Permite un enfoque mínimamente invasivo para acceder a las zonas de
difícil acceso del pulmón, y puede en un determinado instante ayudar al diagnóstico de las
enfermedades pulmonares. Utilizando el escaneado CT del paciente, el software genera un
árbol bronquial virtual en 3D y permite a los médicos mapear rutas para alcanzar los objetivos pulmonares durante los procedimientos de broncoscopia de navegación electromagnética, luego de esto por un catéter endoscópico se pueden obtener muestras de tejido
de lesiones endobronquiales, nódulos pulmonares periféricos o masas pulmonares. De
acuerdo a sus creadores “ayuda a los médicos a prepararse para la terapia más adecuada
dependiendo de la fase del cáncer”.
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Necesidades de los algoritmos
Las necesidades de los algoritmos a las cuales se les deben dar una respuesta, se centran
en especificar los elementos de entrada que serán procesados por los algoritmos a utilizar,
debido puntualmente a que se considera como un punto crítico que en caso de no realizarse
de manera correcta los resultados arrojados por los algoritmos y del sistema LeFaucon en
general serian completamente erróneos ya sea desde el ingreso de la información o finalizando con los resultados mostrados al usuario final.
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Necesidades del proceso de detección
Las respuestas a las necesidades del proceso de detección se centran en la definición de los
requerimientos del sistema y puntualmente a la aplicación de la saliencia, por ende, el enfoque de estas necesidades esta en conocer el formato, el tamaño, las escalas de colores a
utilizar, eliminación de ruido, ecualización de histogramas y la conveniencia de implementar
o no métodos sobre las imágenes de entrada para el sistema.
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Bibliografía:
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Pontificia Universidad Javeriana
Propuesta para Trabajo de Grado - Proyecto de Aplicación Práctica
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León, J. (2015) Sistema de ayuda para identificación y estimación de volumetría de nódulos
pulmonares (tesis de pregrado). Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia.