Tesis para optar el Título Profesional - Convocatoria 01
Laura Jovani Estacio Cerquin; Eveling Gloria Castro Gutierrez
Objetivo
Integrar la aplicación de métodos de procesamiento de imágenes de rayos X, que contribuya como soporte al diagnóstico de lesiones localizadas en la estructura pélvica.
Resumen:
El registro basado en segmentación de imágenes de rayos X anteroposteriores (AP) es una tarea desafiante; volviéndose más difícil aún cuando se trata con estructuras de huesos complejas, tales como la estructura pélvica humana. Sin embargo, en la actualidad, la tarea de registro y segmentación de la estructura pélvica es poco abordada en el ámbito nacional, pero es muy requerida en el campo médico para asistir al diagnóstico de lesiones traumatológicas; así como también, para la creación de un modelo pélvico en 3D. En este trabajo, se presenta un framework para el proceso de registro basado en segmentación de la estructura pélvica para asistir al diagnóstico de lesiones traumatológicas en imágenes de rayos X anteroposteriores (AP) en el Hospital Docente de la UNSA; ofreciendo el análisis y evaluación de tres enfoques diferentes. Los enfoques se basan en Statistical Shape Model (SSM)-Statistical Appearance Model (SAM), Random Forest Regression y Data Driven Joint Estimation respectivamente; los cuales tienen como etapa principal: la detección de puntos de referencia. Asimismo, se introduce un paso de preprocesamiento para optimizar la visualización de regiones anatómicas relevantes de la estructura pélvica. Finalmente, este trabajo introduce métricas de distancia que se pueden utilizar para evaluaciones cuantitativas superiores a las mediciones que se encuentran en el estado del arte; a fin de realizar el proceso de diagnóstico de lesiones traumatológicas de manera precisa.
Palabras clave
Segmentación de Rx, registro de Rx, pelvis.
Problema central
Frente al limitado nivel de desarrollo de un framework que brinde diagnósticos automatizados, se propone solucionar el problema del escaso nivel de desarrollo de un framework que permita asistir al diagnóstico de lesiones traumatológicas de la estructura pélvica en imágenes de rayos X anteroposteriores (AP), en el Hospital Docente de la UNSA de Arequipa. El registro basado en segmentación de rayos X pélvicos anteroposteriores (AP) de manera automatizada es muy necesario en nuestro contexto, como área necesitamos hacer frente a los desafíos del proceso de registro y segmentación de rayos X, para mejorar la implementación. Por consiguiente, el realizar esta tarea de manera eficiente ayudará a evitar diagnósticos tardíos, excesivo uso de técnicas de radiología como tomografías computarizadas (CT), las cuales requieren inversiones económicas costosas por el paciente, y construcción de modelos 3D ineficientes.
Hipótesis planteada
Es posible que los médicos especialistas en traumatología de nuestro país que trabajan con estructuras anatómicas complejas, como es el caso de la estructura pélvica; y, tienen a su disposición únicamente imágenes de rayos X pélvicos anteroposteriores (AP); proporcionen un diagnóstico de lesiones traumatológicas acertadas con mayor precisión, si cuentan con una herramienta automatizada para el registro basado en segmentación de rayos X pélvicos anteroposteriores (AP) permitiendo el diagnóstico automatizado. Por otro lado, si se realiza el proceso de registro basado en segmentación de rayos X pélvicos anteroposteriores (AP) de manera automatizada empleando diferentes enfoques; entonces es posible, que médicos especialistas tengan una visión más clara e información más detallada de la estructura pélvica, ya que tendrán varias opciones con su respectivo análisis y evaluación que faciliten la toma de decisiones para emitir un diagnóstico preciso de lesiones traumatológicas. Considerando que el registro basado en segmentación de rayos X pélvicos anteroposteriores es un paso crucial para la reconstrucción de un modelo pélvico en 3D; si este proceso es realizado de manera adecuada, es decir, con suficiente precisión; entonces es posible que la construcción de un modelo pélvico en 3D también sea realizado con precisión; lo que conllevará a emitir diagnósticos médicos acertados al momento de hacer evaluaciones preoperatorias, intervenciones quirúrgicas o evaluaciones postoperatorias. Otro aspecto no menos importante es, si médicos especialistas y pacientes optan por técnicas de radiología inferiores como las imágenes de rayos X, entonces es posible que se exploten los beneficios de los mismos, como son su bajo costo, rapidez y accesibilidad. Finalmente, la existencia de retroalimentación en el framework para asistir al diagnóstico de complicaciones traumatológicas de la estructura pélvica en imágenes de rayos X anteroposteriores (AP), posiblemente permita el ingreso de nueva información de diferentes poblaciones por parte de un médico especialista; de manera que sea adaptado a diferentes poblaciones para realizar este proceso de manera automatizada y con una mínima probabilidad de error; por consiguiente, será útil tanto para el médico especialista como para el paciente ya que se proporcionarán diagnósticos de manera automatizada y oportuna.
Resultados esperados
1.- Una tesis sustentada y depositada en la biblioteca de Ingenierías de la UNSA.
2.- Título profesional de Ingeniero de Sistemas.
3.- Al menos un (01) artículo sometido a una revista indizada y/o al menos una presentación en un evento nacional o internacional.
4.- Prueba piloto que beneficiará inicialmente a diez (10) pacientes del Hospital Docente de la UNSA de Arequipa.
5.- Un (01) framework para asistir al diagnóstico de lesiones traumatológicas de la estructura pélvica en imágenes de rayos X anteroposteriores (AP), en el Hospital Docente de la UNSA de Arequipa.
6.- Un (01) informe del marco teórico en base a métodos y técnicas empleadas.
7.- Un (01) informe de la revisión histórica de la evolución de las investigaciones realizadas afines al tema.
8.- Un (01) informe del estado del arte de las investigaciones realizadas en los últimos cinco años.
9.- Tres (03) métodos de segmentación y un (01) método de registro aplicados a imágenes de rayos X anteroposteriores de pelvis.
10.- Cinco (05) técnicas de pre-procesamiento que ofrezcan mayor visualización de estructuras relevantes en el área pélvica.
11.- Cincuenta (50) radiografías de rayos X anteroposteriores de la estructura pélvica humana; de las cuales 35 servirán para entrenamiento y 15 para validación del framework propuesto.
Impactos esperados
El impacto de los resultados se encuentra estrechamente vinculado al sector de la salud; de este modo, el framework propuesto como una prueba piloto, será puesto en marcha en el Hospital Docente de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa para asistir al diagnóstico de lesiones traumatológicas en rayos X pélvicos anteroposteriores (AP). Asimismo, centros de salud públicos y privados pueden verse beneficiados al contar con una herramienta útil que facilite a especialistas proporcionar diagnósticos automatizados de lesiones traumatológicas relacionadas a la estructura pélvica en base al análisis de imágenes de rayos X anteroposteriores (AP). Asimismo, los pacientes que sufren malestares de esta estructura anatómica podrán llevar una mejor calidad de vida sin tener que invertir en técnicas de radiología superiores como tomografías computarizadas (CT) o imágenes de resonancia magnética (MRI); finalmente, se podrá reducir la excesiva exposición a la radiación.
Por otro lado, al proveer un análisis entre diferentes enfoques; se puede determinar cuál de ellos tiene un mejor desempeño para realizar tareas más complicadas como la reconstrucción de un modelo tridimensional; el cual podría servir para determinar enfermedades como la osteoartritis y orientaciones de la copa acetabularia después de una intervención con mayor precisión, o también se puede construir un enfoque híbrido; es decir, donde se empleen al menos dos de estastécnicas para obtener mejores resultados.
Otro aspecto importante es que, médicos especialistas en traumatología pueden aportar mayor información para retroalimentar al framework propuesto a fin de alcanzar resultados más precisos y rápidos. Finalmente, se contribuirá con una investigación sólida que se sume a las investigaciones realizadas sobre este tema; logrando que nuestra universidad obtenga un lugar en los ranking de universidades que publican en ésta área.