Mejores computadores para medir imágenes de radiología

Los científicos han automatizado la medición de una región clave de la rodilla en imágenes con un programa de computador que se desempeña mucho más rápido y tan efectivamente como los humanos que interpretan las imágenes. Tener datos más precisos sobre el uso y la rotura en esta porción de la rodilla, una mezcla de tejido fibroso y cartílago llamado el menisco, podría llevar a su uso como un biomarcador para predecir quien tiene riesgo de desarrollar osteoartritis, según los investigadores.

El menisco consiste de dos discos en forma de C, que descansan entre el muslo y la tibia. Suministra acolchonamiento, equilibra la distribución del peso y reduce la fricción. Bajo circunstancias normales, los radiólogos usan reglas para medir las porciones específicas de una imagen. Este programa nuevo reemplaza el método con mediciones automáticas de varios cortes de resonancia magnética del menisco. Estas mediciones pueden ser usadas para determinar el volumen total de la estructura del menisco para compararla con el tiempo.

Después de desarrollar el programa, los científicos encontraron que las mediciones automatizadas eran tan efectivas o más confiables que las mediciones humanas de casos ligeros o moderados de degeneración de la rodilla. Se necesita más investigación para hacer que el programa fuera igualmente fuerte para medir varias rodillas dañadas, dicen los investigadores.

Caso-por-caso, la interpretación manual toma entre 7 y 20 minutos, y el programa de computador completa su segmentación en 2 a 4 minutos. Los científicos reportaron que el programa podía ser modificado para hacer que funcionara mucho más rápido sin sacrificar la exactitud. "Nuestra meta ambiciosa es cambiar la forma en que se practica la radiología", dijo el Dr. Metin Gurcan, autor principal del trabajo y un profesor asistente de informática biomédica en la Universidad del Estado de Ohio (Columbus, OH, EUA). "Actualmente, los radiólogos no tienen herramientas para hacer más que mediciones crudas de la mayoría de las imágenes. De tal manera que algo que estamos haciendo es suministrar esas herramientas".

La investigación aparece en línea en Enero 2010 y está programada para una publicación impresa posterior en la revista Osteoarthritis and Cartilage. Los investigadores creen que si el menisco y finalmente, las estructuras, podrían servir como factores predictivos importantes del riesgo individual para desarrollar osteoartritis, la causa principal de incapacidad en los adultos ancianos.

El Dr. Gurcan y colegas usaron los datos de imagenología de la Iniciativa Osteoartritis (San Francisco, CA, EUA), un estudio masivo en los Estados Unidos de la enfermedad, para desarrollar y ensayar programación nueva diseñada para automatizar las mediciones radiológicas. El Centro Médico de la Estatal de Ohio fue uno de los cuatro centros clínicos seleccionados como parte de la iniciativa de los Estados Unidos para recolectar información y diseñar estándares de enfermedad con el fin de acelerar el desarrollo de drogas. La osteoartritis es el tipo más común de artritis y se caracteriza por la destrucción y erosión del cartílago que causa dolor, inflamación y pérdida de movimiento en la articulación.

La iniciativa ha recopilado imágenes y otros datos sobre 4.796 participantes del estudio. Este estudio de programación de computadora usó 24 imágenes seleccionadas al azar de la colección--10 de pacientes sin síntomas y 14 de pacientes con diagnóstico de osteoartritis. Para desarrollar el programa los investigadores crearon algoritmos basados en parte en la intensidad de los pixeles dentro de cada componente de las imágenes tomadas de las rodillas de los participantes del estudio. "Establecimos un proceso de eliminación para ser estudiado. Dice que no hay pixeles brillantes en las rodillas. Y sabemos que algunas áreas en las imágenes son hueso, ligamentos y cartílago, por lo que los algoritmos no dejan que esas áreas sean consideradas el menisco", dijo Mark Swanson, un estudiante médico en la Estatal de Ohio y autor principal del artículo. "Una vez que la programación está completa, nuestras algoritmos conocen la anatomía de la rodilla".

El programa lee cada uno de dos docenas de cortes para designar y segmentar la estructura tridimensional del menisco. A medida que recorre las imágenes, el programa también compara el corte anterior con el corte actual, reevalúa y verifica su trabajo.

En este punto del desarrollo, el programa requiere un poco de contribución humana. La persona debe recorrer las imágenes manualmente, encontrar el primer corte que incluya la imagen del menisco y colocar un punto dentro del área de la imagen. Un segundo punto debe ser colocado en el menisco en el último corte en el cual aparece esa parte de la anatomía. "Desde ahí, asume el computador", dijo el Sr. Swanson. Observa el primer punto y empieza a crecer alrededor de él".

Una vez que las segmentaciones están completas, los médicos pueden calcular el volumen, espesor, intensidad y cualquier rasgadura en el menisco--todos los datos que se pueden comparar con cálculos hechos con datos de imágenes posteriores. Si hay cambios en el menisco que se correlacionan con síntomas de osteoartritis, esta área de la rodilla podría convertirse en un blanco para el tratamiento y prevención de la enfermedad.

Para verificar la validez de la programación, los investigadores compararon los cálculos de sus estudios con mediciones típicas del menisco encontrado en investigaciones anteriores. Las cifras cuadraron. Los científicos también compararon los resultados del programa de computador con las interpretaciones de las mismas imágenes realizadas por cinco personas específicamente entrenadas para segmentar manualmente el menisco dentro de las imágenes. El computador es tan diestro como dos humanos cuyas interpretaciones de la misma imagen se comparan, y tiene una exactitud mejor que una sola persona que interpreta la misma imagen dos veces. "La solución no es hacer que miles de personas hagan el trabajo. La solución es usar los computadores, dijo el Sr. Swanson. "El computador es mejor que algunas personas, para determinadas cosas.

Los investigadores están trabajando actualmente en como automatizar todo el proceso, incluyendo la colocación de los puntos de inicio y finalización para el programa. También están desarrollando programas para automatizar las mediciones en otras áreas de la rodilla: hueso, cartílago, ligamentos y el músculo cuádriceps. Todas las imágenes serán obtenidas de la Iniciativa Osteoartritis. "En mi opinión, la enfermedad no tendrá una sola firma. Pienso que debemos buscar varias cosas diferentes para entender como esta enfermedad se desarrolla", dijo el Dr. Gurcan.

Enlaces relacionados:

Ohio State University
Osteoarthritis Initiative