Sistema automatizado de apoyo al diagnóstico de lesiones en imágenes de mamografías. Guerrero, México. Primera parte. Generalidades.

Dr. Juan José Bedolla Solano
Dr. Ramón Bedolla Solano
Dr. José Antonio Montero Valverde
Dr. José Luis Rosas Acevedo
Dra. Miriam Martínez Arroyo
Dr. Ramiro Morales Hernández

Palabras clave: Cáncer de mama, detección automatizada, segmentación de imágenes, procesamiento de imágenes, extracción y selección de características, imágenes histológicas, biopsia, red neuronal, mamografías.

Resumen

El cáncer de mama es un problema de salud pública, que por su magnitud, debe atenderse con prioridad. El trabajo de investigación que se presenta, propone un una herramienta de apoyo automatizada, que permite mejorar el contraste de una imagen de mamografía, en la que previamente se ha resaltado la presencia de microcalcificaciones y/o masas, aplicando en la fase de pre-procesamiento (proceso fundamental para eliminar aspectos de distorsión de las imágenes) el filtro gaussiano, método usado para la eliminación de ruidos.

En la etapa de segmentación (primera aproximación para aislar las regiones sospechosas del resto de la imagen), se aplicó la técnica de umbralización, en el que el pico generado en el histograma por las regiones que contienen anomalías, es distinto al pico por el tejido sano, y considerando que la mama presenta niveles de intensidad de gris comprendidos entre 130 y 250 (umbral), se procede a reemplazar las intensidades de nivel de gris inferior a 130 y superior a 250 por el color negro y posteriormente ubicar una región de interés la cual es incrementada sin perder la calidad de la misma con el fin de tener una mejor apreciación de la imagen y un verdadero positivo de una probable lesión.

La presente administración (2007-2012), tiene considerados aspectos medulares del programa de acción para la detección y control del cáncer de mama. Las políticas para el control de esta neoplasia en México están dirigidas a la organización y el crecimiento de la infraestructura para el desarrollo de un programa nacional de detección temprana, diagnóstico oportuno y tratamiento con calidad óptima, trato cordial y respeto a los derechos de las pacientes. El análisis de mamografías por parte de un radiólogo es vital para realizar un diagnóstico a las diferentes lesiones que pueden estar presentes. Sin embargo, esta actividad requiere de experiencia y repetidos análisis, y algunas veces hasta de una segunda opinión. La razón de esto es que las imágenes analizadas no siempre muestran de manera nítida la información buscada. Por lo tanto, cualquier apoyo automatizado que permita analizar la región de interés es de gran ayuda para el radiólogo.

La situación actual es preocupante, debido a carencias de personal capacitado y equipamiento, sin embargo contribuir con métodos que complementen y aporten propuestas benéficas en materia de salud, implica buscar medidas adecuadas a problemas que pueden afectar la salud humana. La salud, al igual que la educación, el empleo y otros sectores sociales, es un elemento fundamental en el desarrollo sustentable.

Introducción:

El cáncer de mama es la proliferación acelerada, desordenada y no controlada de células con genes mutados, los cuales actúan normalmente. Es el tipo de cáncer más frecuente en la mujer, le siguen el de colon, pulmón, útero y ovarios. Se ha determinado que el cáncer de mama es la segunda causa de muerte de mujeres y la más común de todas, se estima que 22 de cada 100,000 mujeres poseen dicha enfermedad (Abalo, 2003). El cáncer de mama se origina en los conductos de leche que llegan hasta el pezón y se les llama carcinomas ductales. Cuando están localizados en el conducto pero sin atravesar su pared hablamos de carcinoma intraductal in situ y cuando atraviesan la pared e invaden a los tejidos de alrededor se denominan carcinomas ductales invasivos.

El 15 de septiembre de 2011 (http://amesecolombia.com), se publicó el resultado del estudio sobre cáncer de mama y cáncer de cuello uterino año por año y en 187 países, liderado por los científicos de las universidades de Washington (EEUU) y Queensland (Australia), informando que en el 2010 se registraron 1,6 millones de casos en el mundo, específicamente una cifra de 1’643.000 mujeres fueron diagnosticadas con cáncer de mama, y en comparación con el mismo registro en 1980 hubo un aumento de más del 100%. El estudio demostró que el cáncer no mira condición social. Pero también que la condición social sí puede enfrentar la enfermedad: aunque este mal aumentó en países ricos, los investigadores aseguran que también en estas naciones hubo una detección más temprana de la enfermedad y, por lo tanto, una atención primaria de los casos.

El cáncer de mama y el de cuello uterino causaron la muerte de más de 114.000 mujeres en países en desarrollo el año pasado. En números y porcentajes esto representó un aumento anual del cáncer de mama de 3,1% y un incremento menor de los casos de cuello uterino (0,6%); de 378.000 casos en promedio en 1980 se pasó a 454.000 en 2010.

En México, el cáncer mamario representa un desafío en materia de salud pública, porque constituye la segunda causa de defunción por enfermedad neoclásica en la población femenina mayor de 25 años, después del cáncer de cerviz (INEGI, 2008).

El 12 de mayo de 2010, el secretario de Salud José Ángel Córdova, informó que desde 2007 a la fecha han aumentado en México los decesos de mujeres por cáncer de mama, por lo qué, llamó a fomentar la cultura de la prevención y hacer la detección oportuna de esta enfermedad. En el comparativo mundial, como un problema de salud pública por cáncer de mama, México se ubica en el lugar 135 de mortalidad entre 172 países. Aunque la posición nos pudiera alejar del problema, la frecuencia de esta enfermedad es ascendente en los últimos años, al pasar de 16.5 por cada cien mil mujeres de 25 o más años en 2007, a 16.8 defunciones en 2008 y 17.1, en 2009. Señalando que este problema de salud va en aumento; y es precisamente en las mujeres mayores de 50 años quienes representan 70 por ciento de las defunciones (Secretaria de Salud, 2010).

En Guerrero, el director general del Instituto Estatal de Cancerología Marco Antonio Terán Porcayo, informó a los medios de comunicación que el cáncer de mama, cérvico uterino y leucemia, entre niños y adolescentes, tuvo un incremento de 91% con relación al 2010. Dio a conocer que de acuerdo a las estadísticas, entre enero a junio del 2010 y enero a junio del 2011, se ha reflejado un incremento importante en el número de pacientes que se atienden con cáncer en el Instituto. En cáncer cervicouterino se tiene un incremento del 95%, en cáncer de mama, un incremento del 127%, en cáncer de próstata esta igual hasta este momento, en el caso de niños y adolescentes menores de 18 años traemos un incremento de un 72%. Terán Porcayo subrayo que con los programas de prevención y detección oportuna se lograra una disminución de las muertes por cáncer en Guerrero y que estos resultados habrán de reflejarse en un periodo de siete años y no antes. Indicó que con estas acciones se evita que las personas lleguen en condiciones más adversas y tengan mayores probabilidades de curación. Finalmente, dio a conocer que en infraestructura se invierten en los últimos dos años cerca de 215 millones de pesos, recursos federales y propios estatales se están ejerciendo en este momento 95 millones, de los cuales solo 340 se han ejecutado y están por ejecutarse cerca de 95 millones en infraestructura. (Publicación de fecha 19 de agosto de 2011 “El Universal”; (http://www.eluniversal.mx.).

El panorama epidemiológico de esta patología en la población mexicana, se transformó en los últimos 50 años, ya que el número de fallecimientos por esta causa se ha duplicado y afecta tanto a los países industrializados como a los menos desarrollados. Sus principales factores de riesgo conocidos están asociados a la exposición prolongada de estrógenos, los cuales son indicadores de estilos de vida y patrones reproductivos, y por consiguiente resultan difíciles de modificar. Reducir la mortalidad requiere, entonces, mejorar la detección temprana y las estrategias de tratamiento (Peto R, 2000 y Levi F, 2005).

Entre los procedimientos de detección, que incluyen también la autoexploración y el examen clínico, la mamografía es la única técnica que puede ofrecer una detección temprana, adicional a ella se han implementado los CAD´s.

Muchos trabajos realizados en este concepto, dudan de la aplicabilidad práctica de los sistemas CAD´s, por lo que, actualmente, todavía es tema de controversia entre los expertos la utilidad de estos sistemas.

Uno de los primeros estudios que evaluó el efecto del marcado de zonas sospechosas en mamografías, se centraba exclusivamente en la detección de microcalcificaciones. Este estudio demostró el potencial diagnóstico ofrecido por un sistema de CAD; se consiguió la mejora significativa en la detección de microcalcificaciones, mostrando una sensibilidad del 87% con una media de 4 falsos positivos por imagen (Lauria A, Palmerio R, Forni G, Cerello, Golosio).

El sistema de CAD para mamografías más utilizado actualmente es el R2 ImageChecker, con más de 1,600 unidades vendidas por todo el mundo. Este sistema se ha evaluado en muchos centros de Estados Unidos y, más recientemente en Europa. Es capaz de detectar correctamente el 98% de las microcalcificaciones y el 72% de las masas, con una media aproximada de 0.6 falsos positivos por imagen (Sandoval N, 2002).

Los métodos que se mencionan, han demostrado resultados satisfactorios en la detección oportuna del cáncer de mama y como alternativa a estos métodos, se pretende, desarrollar un sistema automatizado de apoyo al diagnóstico de lesiones en imágenes de mamografía que apoye y eleve el rendimiento de los expertos, realizando un primer análisis a las imágenes, para hacer una preclasificación de ellas en sospechosas y no sospechosas. Con esto se pretende enfrentar a esta enfermedad considerada como un problema de salud pública en el Estado de Guerrero.

El desarrollo del sistema propuesto, consta de las siguientes etapas: digitalización, pre-procesamiento, segmentación, y selección y extracción de características. En cada una de las etapas, se utilizan métodos estadísticos, teoría de fractales y diversas técnicas de estudio de las características de la imágenes digitales (umbralización y filtro gaussiano) conjuntamente con algoritmos de lógica difusa y redes neuronales.

Planteamiento del objeto de estudio

En México, el cáncer mamario representa un desafío en materia de salud pública, porque constituye la segunda causa de defunción por enfermedad neoplásica en la población femenina mayor de 25 años, después del cáncer de cérvix. Generalmente la mayoría de los tumores malignos relacionados con esta enfermedad son diagnosticados en etapa avanzada (Campanini, 2002).

En el estado de Guerrero, la tasa de mortalidad por cáncer mamario se ha incrementado en 27.21%, de 10.14 casos en 1997 a 12.90 en el año 2006, por cada 100 000 mujeres de 25 años y más; no obstante que la tasa puede considerarse como baja en comparación con la que presentan otros estados del país, el incremento real en el número de defunciones fue de 36.50% en el período (de 63 muertes en 1997 a 86 en el año 2006), debido a la expansión de este grupo poblacional y a la baja cobertura de los servicios de detección oportuna (INEGI, 2002).

En el año 2008, las estadísticas, ubicaron al cáncer de mama en el estado de Guerrero en la primera posición como el tipo de cáncer con más decesos en mujeres. Y a partir de 2009 al 2011 se ha ubicado en la segunda posición con 95 a 100 defunciones. Publicación: (http://angro.com.mx/municipios/2010/10/al-ano-mueren-en-guerrero-entre-95-y-100-personas-por-cancer-de-mama/; 2011) (ver Tabla 6.1 y 6.2).

Entre los factores determinantes que propician la mortalidad por cáncer de mama, es el factor socioeconómico, ya que existen regiones marginadas como la parte norte de la montaña, donde los servicios médicos no llegan o son muy escasos, aunado a esto, la ignorancia de no saber cuáles son los métodos de diagnósticos oportunos para la detección del cáncer de mama. Otro factor, no menos importante, es el miedo de las mujeres principalmente para realizarse un estudio médico, puesto que las creencias que tienen estas poblaciones indígenas, lo ven como algo inapropiado y deciden conveniente no realizarse algún estudio médico de esta naturaleza.

Al hospital de cancerología del puerto de Acapulco, llegan las imágenes de mamografía de las diferentes regiones del estado de Guerrero, principalmente la montaña, para ser analizadas por los expertos responsables. Debido a la gran cantidad de imágenes que se reciben y a la carga de trabajos de los expertos radiólogos, estas son interpretadas hasta en un periodo de tres meses, para entonces, la lesión en la paciente tiende a proliferarse aceleradamente, dificultando el control de la enfermedad, permitiendo de esta manera aplicar tratamientos médicos agresivos, mutilaciones, mortalidad y altos gastos económicos.

El problema del diagnóstico de cáncer de mama, enmarca grandes dificultades, como es que, las imágenes obtenidas mediante mastografía ofrecen poca nitidez. Una posibilidad para mejorar el diagnostico de cáncer de mama y disminuir el número de falsos negativos consiste en utilizar técnicas automatizadas de diagnóstico en las cuales se analice la imagen medica y tratar de detectar imágenes sospechosas que contengan alguna lesión.

Con base al alto índice de mortalidad y de costos económicos, se plantea proveer a instituciones del sector salud con herramientas computacionales, capaces de diagnosticar la posibilidad de cáncer de mama en etapas tempranas, con el objeto de utilizar tratamientos médicos oportunos a pacientes con probabilidad de desarrollar esta enfermedad y evitar gastos económicos al sector salud y el gobierno.

Por lo anterior, la propuesta de investigación desarrollada, pretende cubrir la primera opinión de diagnóstico, haciendo una clasificación para resaltar la lesión con el fin de obtener un porcentaje de reconocimiento de acuerdo a la evaluación del modelo y mejorando el rendimiento del experto responsable. En este trabajo se plantea una propuesta para apoyar al sector salud en el diagnóstico oportuno de cáncer de mama y a reducir los costos de operación para la detección oportuna y estrategia de tratamiento.

Objetivo general

Diseñar un sistema computacional, basado en técnicas de aprendizaje automático que permita la clasificación de imágenes de mamografías en: sospechosas y no sospechosas.

Objetivos específicos

• Mejorar el rendimiento del radiólogo responsable de interpretar las imágenes de mamografías, dirigiendo la atención del mismo hacia imágenes clasificadas previamente como sospechosas por el sistema.
• Permitir reducir gastos en el sector salud y el gobierno al atender de forma oportuna este tipo de lesiones.
• Servir como instrumento de aprendizaje en la educación para residentes en periodos de formación.

Interrogantes

“Sí se diseña un sistema computacional que apoye el diagnóstico para la detección de lesiones en imágenes de mamografías, ¿se reducirá el tiempo para ofrecer un diagnóstico de cáncer de mama?”

“Con un sistema de apoyo a la detección del cáncer de mama, ¿Se reducirían los gastos para la institución (el sector salud) y el gobierno) al tener un diagnóstico oportuno?”

Hipótesis

El diseño de un sistema automatizado que apoye el diagnóstico de cáncer de mama, permitirá reducir el tiempo de diagnóstico y por lo tanto iniciar un tratamiento oportuno.

Justificación

El personal médico especializado (expertos radiólogos) en los hospitales del estado de Guerrero, es escaso y sólo se cuenta con ellos en los hospitales de tercer nivel, esto quiere decir que el sector salud cuenta con el recurso solo en aquellos hospitales establecidos en las ciudades con mayor población y que tienen el apoyo del gobierno, así como en algunos hospitales o clínicas privadas de prestigio. Las ciudades del estado de Guerrero que cuentan con el personal médico especializado limitado y en su mayoría corresponden a dependencias públicas como el Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS), Instituto de Seguridad y Servicio Sociales de los Trabajadores del Estado (SISSSTE), Hospital General, Secretaría de Salud, Hospital de Cancerología, Clínicas y Hospitales Privados de Prestigios se ubican en el Puerto de Acapulco, Chilpancingo, Zihuatanejo, Iguala, Ometepec, Taxco de Alarcón y Cd. Altamirano. El resto del estado sólo cuenta con clínicas de menor nivel, centros de salud y consultorios que ofrecen solamente el servicio de salud de primer contacto, conociendo y haciendo un historial clínico o diagnóstico que tendrían que pasar al médico especialista que se encuentra en los hospitales de primer nivel para hacer las pruebas siguientes para determinar o no un diagnóstico final del cáncer de mama.

Los centros de salud del estado de Guerrero, en su mayoría cuentan con un médico cirujano general o pasante para atender a la comunidad, y en algunos casos ni siquiera se cuenta con estos servicios. De acuerdo con la información proporcionada del Sector Salud, estos Centros de Salud ubicados en las comunidades y regiones apartadas no cuentan con sistemas automatizados de apoyo a los diagnósticos de cáncer de mama. Algunos médicos que atienden estos centros de salud cuentan con algún equipo de cómputo que es de su propiedad. Y sólo en las cabeceras municipales se cuenta con equipos de cómputo propiedad del sector salud para tener registros de las estadísticas de la población referente a la salud.

Es difícil para un radiólogo proporcionar un diagnóstico preciso, debido, principalmente, a la gran variabilidad que puede darse en la apariencia, tanto del tejido sano como del canceroso y a los distintos tipos de lesiones, siendo algunas de ellas de más difícil localización.

La sensibilidad alcanzada en la detección de tumores mediante la inspección visual de la mamografía por parte de un radiólogo no supera el 75%. El modo en que el radiólogo explora la imagen no es sistemático, por lo que la propuesta de investigación, vendría a ser la revisión de las imágenes de forma metódica y 99% eficaz.

Una forma de apoyar el trabajo del radiólogo consiste en diseñar un sistema que aproveche el conocimiento experto de los responsables. La solución más realista referente al diagnostico del cáncer de mama asistido por ordenador consiste en utilizar técnicas automatizadas como primera opinión. De ahí la importancia de este trabajo como contribución a un diagnóstico, eficaz y oportuno.

Alcances del trabajo

El sistema automatizado de apoyo al diagnóstico de lesiones en imágenes de mamografía, toma de una base de datos de imágenes de mamografías, conteniendo alguna de ellas microcalcificaciones y/o masas, la cual entrará a la etapa de pre-procesamiento, de tal forma que el conjunto de características a extraer maximice la eficacia de detección de cáncer de mama. Esta simple estimación sugiere la utilidad de la detección temprana, con métodos capaces de visualizar alteraciones (subclínicas) de tamaño inferior a un centímetro.

Uno de los objetivos de crear sistemas de ayuda al diagnóstico mediante ordenador es proporcionar un “segundo observador” que identifique dónde hay alteraciones de interés en la mamografía. El radiólogo, después de revisar la alteración marcada por el sistema, toma una decisión sobre el caso.

Los CADs, tienen como objetivo primordial mejorar el rendimiento del experto responsable, aportar una primera opinión sobre un diagnóstico determinado y desde luego la contribución del desarrollo de una determinada región con enfoque en la salud, ya que permiten reducir gastos médicos al gobierno, además de que sirven como instrumentos de aprendizaje a residentes en periodos de formación.

Esta propuesta consiste en una técnica de reconocimiento de patrones de las imágenes obtenidas de las mastografías para detectar imágenes identificadas como sospechosas por el sistema.