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Sistema computacional RISA analiza los vasos sanguíneos de la retina

RISA transforma la imagen digital de los vasos sanguíneos de la retina en una imagen binaria. Diseño: Bárbara Castrejón.

16-05-2013

Por María Luisa Santillán, DGDC-UNAM



A través del estudio de la morfología de los vasos sanguíneos que nutren a la retina, es posible detectar oportunamente la presencia de enfermedades como hipertensión, diabetes en adultos y retinopatía en recién nacidos prematuros, así como identificar en qué etapa se encuentran estos padecimientos, gracias al sistema computacional Retinal Image multi-Scale Analysis (RISA, por sus siglas en inglés), creado por la doctora María Elena Martínez Pérez, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas (IIMAS) de la UNAM.

De acuerdo con la investigadora, este programa podría extender sus capacidades hacia el estudio de otros patrones derivados de las enfermedades que hasta hoy se han estudiado con él. Y aunque aclaró que en la actualidad este sistema sólo apoya a investigación básica, no descarta que en un futuro tenga aplicaciones clínicas de ayuda para el diagnóstico oportuno de padecimientos que constituyen un problema de salud pública en nuestro país.

Cómo funciona

La investigadora explicó que la retina está integrada por células visuales que nos permiten reconocer tanto luz como colores. Los vasos sanguíneos que la nutren sirven para explorar el sistema circulatorio humano y hoy se sabe que el estudio de estos es útil para detectar oportunamente la presencia de ciertas enfermedades, así como para conocer en qué etapa se encuentran.

Estos vasos sanguíneos pueden ser analizados a través de imágenes digitales proporcionadas por una cámara de fondo de ojo. Por lo que la base principal de RISA consiste en transformar la imagen digital de los vasos sanguíneos de la retina en una imagen binaria, con el fin de tener sólo el objeto de interés (que en este caso serían los vasos sanguíneos) y fondo para hacer un análisis de la geometría de estos y conocer su longitud, su diámetro y ángulos de bifurcación. Además, con este programa se puede medir la topología de los vasos, ya que también se obtienen datos de conectividad.

Estas medidas son la base para calcular otras que también describen la morfología de los vasos sanguíneos, por ejemplo, tortuosidad, factores de expansión, de simetría, bifurcación y conectividad entre los vasos. Con toda esta información, el médico puede tener indicadores que muestren las anormalidades de los vasos sanguíneos, qué tan avanzada está una enfermedad y, de ser posible, prevenirla.

RISA es un sistema computacional creado por la doctora María Elena Martínez, aunque la investigadora aclaró que en la actualidad no se ocupa en la clínica, sino que sirve de apoyo a médicos que se dedican a hacer investigación básica para entender la naturaleza de las enfermedades.

Cambios morfológicos

Ante la presencia de enfermedades como hipertensión, diabetes o retinopatía del prematuro, los datos arrojados por RISA de la medición de los cambios morfológicos de los vasos sanguíneos de la retina, presentan características diferentes en cada padecimiento.

En la hipertensión, utilizando este sistema, se ha encontrado que las arterias disminuyen de diámetro, se vuelven más largas, se pierden vasos y los ángulos de bifurcación disminuyen. Cabe señalar que este programa permite separar arterias de venas para hacer una estadística de manera individual. Cuando una persona presenta una hipertensión severa también se presentan hemorragias que se observan en la retina, aunque la investigadora aclaró que RISA no las mide, solo mide los cambios que hay en la morfología del vaso:

“La idea es detectar de manera temprana esos cambios para que, antes de que haya otro problema en el cuerpo, el médico pueda sospechar la presencia de hipertensión, a través de una imagen que es bastante sencilla de obtener”, dijo la investigadora mexicana.

En la retinopatía del prematuro, la característica principal que cambia es la tortuosidad. En esta enfermedad los vasos sanguíneos crecen de manera descontrolada en lugares en donde no deberían de hacerlo y a través de RISA, los médicos tratan de entender por qué ocurren estos cambios y qué ocurre antes y después de los tratamientos que se les proporciona a los bebés.

Para la diabetes, se sabe que los vasos sanguíneos sufren de lo que se conoce como arrosariamiento, es decir, el vaso se angosta y se cierra, como un rosario, de ahí su nombre.

Un proyecto futuro para la doctora Martínez es extender las capacidades de RISA para medir otros patrones derivados de la diabetes como hemorragias, exudados y manchas y/o deposiciones de lípidos. Este proyecto ya ha sido iniciado en colaboración con médicos mexicanos de la Asociación para Evitar la Ceguera en México I.A.P.

Además, comentó que con la extensión de este sistema podrá lograrse una clasificación de aquellos pacientes cuya diabetes esté en estado más avanzado, en moderado o leve, ya que una característica principal de la retinopatía diabética, es que es asintomática y el paciente no se da cuenta de ella hasta que empieza a perder la visión, por lo que con una imagen digital de la retina se podrían detectar manchas o hemorragias que no causan molestia, pero que sí son indicios de la presencia de la enfermedad, la cual si no es tratada a tiempo puede ocasionar la perdida de la vista.

Evolución de RISA

A la fecha, la doctora Martínez Pérez ha logrado una evolución del sistema RISA, ya que a través de técnicas de visión computacional reconstruye, con la información proporcionada por este programa, vasos sanguíneos en tres dimensiones.

El objetivo de reconstruirlos es que se podría contribuir a tener imágenes menos deformadas que las analizadas actualmente en 2D y lograr un conocimiento más certero de los vasos. Aunado a lo anterior, dichas imágenes serían útiles como material de enseñanza para los estudiantes de medicina.

La investigadora explicó que cuando las imágenes digitales de los vasos de la retina son tomadas sufren una transformación de una esfera en el espacio 3D a un plano en una imagen 2D, por lo que los datos pueden estar deformados y basados en suposiciones.

“La información del ojo que se obtiene con una cámara digital, a través de un equipo de fondo de ojo, es bidimensional, por lo que todo lo que está por detrás de los vasos sanguíneos no es posible verlo, es como si el ojo fuera un balón y se observara su interior a través de la válvula, sólo unas partes internas pueden verse, lo mismo ocurre con el ojo y sobre todo con los vasos. Por lo que si yo consigo reconstruir en el espacio voy a estar más cerca a lo que en verdad ocurre dentro del ojo”, subrayó.

Para crear esa transformación, la doctora Martínez realiza una proyección en el espacio de los vasos sanguíneos utilizando técnicas de visión computacional con dos imágenes.

“La reconstrucción tridimensional, cuando yo tengo imágenes en el plano, consiste en encontrar esta transformación del espacio 3D al plano 2D que se dio al tomar la imagen y aplicarla de manera inversa, para de un par de imágenes llegar a la proyección en el espacio".
br />Todo esto se hace con técnicas de visión computacional que consisten en aproximaciones numéricas, una combinación de parámetros internos y externos de la cámara, que tienen que ver con la distancia y la rotación de la cámara respecto al objeto, y así se formula una matriz de calibración, es decir, lo que se conoce como calibrar la cámara”, explicó la doctora Martínez.

Trabajo conjunto

El sistema RISA está en uso actualmente en Londres, en el St. Mary Hospital de la Escuela de Medicina del Imperial College y en la Oregon Health & Science University en EUA. En México, la doctora Martínez trabaja con el doctor Marco Ramírez, del Hospital Infantil de México Federico Gómez, la doctora Consuelo Zepeda, del Hospital Civil de Guadalajara y la Dra. María Ana Martínez de la Asociación para Evitar la Ceguera en México I.A.P.

Su contribución con los dos primeros médicos mexicanos está enfocada a la retinopatía del prematuro. Al respecto, comentó que en este proyecto encontraron que las características geométricas de este padecimiento, la diferencia del diámetro y la tortuosidad de los vasos sanguíneos, llegan a cambiar debido a la presión que involuntariamente aplica el médico o el técnico sobre el ojo cuando son tomadas las imágenes de la retina del bebé.

“Este aspecto no había sido detectado antes por nadie. Apoyados en imágenes tomadas antes y después de aplicar presión al fondo del ojo del bebé. Notamos cambios morfológicos de los vasos sanguíneos de la retina. Además, realizamos un protocolo de estudio con un grupo de pacientes a quienes se les tomaron dos imágenes a diferente presión para observar qué tan significativos eran los cambios en el diámetro y la tortuosidad, y se encontró que sí eran importantes."

"También encontramos que hay características visuales que se evidencian en el nervio óptico debido al mismo fenómeno, que le pueden indicar al médico que debe de tener cuidado al tomar la imagen y no ejercer demasiada presión”, concluyó.

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