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Radiómica: la importancia de la textura en las imágenes médicas

Kelly Tovar
5/oct/2018

Como parte de la Red de Intercambio Académico Virtual Estudiantil de Física Médica (IAVE), un esfuerzo de estudiantes e investigadores del Instituto de Física de la UNAM, la Universidad de Costa Rica, la Universidad de Virginia y el Centro de Cáncer de Miami (las dos últimas de Estados Unidos), se busca acercar a los estudiantes a investigación de frontera en la Física Médica y áreas afines.

Una de estas áreas es la radiómica, término que se refiere a la extracción y análisis de grandes cantidades de información cuantitativa a partir de imágenes médicas adquiridas de pacientes, con el objetivo de personalizar el tratamiento y predecir la respuesta al mismo.

En videoconferencia organizada como parte de las actividades de IAVE, el pasado 6 de junio, Paulina Galavis, profesora de la Universidad de Nueva York (NYU Langone Health) en Estados Unidos, ofreció una charla para describir las aportaciones más importantes de la radiómica en el área de física médica.

“La palabra radiómica proviene de ‘radio’, porque utiliza imágenes radiológicas como imágenes por tomografía computada, resonancia magnética, o tomografía por emisión de positrones (PET), y ‘ómica’ porque se cree que diferentes características de las imágenes están relacionadas con la información genómica de tejido tumoral”, comentó Galavis.

El estudio de radiómica se realiza a través del análisis de texturas, es decir, de las variaciones de intensidades entre diferentes regiones de una imagen. El contar con imágenes digitales facilita el análisis de dichas texturas, permitiendo cuantificar diferentes descriptores como los tonos de gris en una imagen de tomografía.

La hipótesis detrás de este análisis es que la textura de la imagen cambia durante el desarrollo de una enfermedad o durante su tratamiento debido a cambios a nivel microscópico en el tejido del cual se forma la imagen. Por ende, lo que buscan los científicos a través de la radiómica es capturar diferencias de carácter genético (fenotípicas) en los tumores, pero de manera no invasiva.

“La radiómica nos permitiría, en principio, predecir tempranamente cómo el paciente está respondiendo al tratamiento. A su vez, esto nos permitiría, por ejemplo, decidir si se requiere un cambio en la dosis de radiación en un tratamiento de radioterapia o si se requiere administrar un ciclo extra de quimioterapia”, dijo Galavis.

Este nuevo análisis de las imágenes médicas permite tener una mejor información detallada del tumor y, con esto, optimizar las opciones de tratamiento dependiendo de la manera en que el cáncer se desarrolla en cada persona.

De la cartografía a la medicina

De acuerdo con la investigadora, el análisis de la textura de las imágenes inició en el área de cartografía. A través de analizar la textura de imágenes satelitales los cartógrafos buscaban identificar de manera automática montañas y ríos.

Fue hasta 1980 que en el área de radiología se empezaron a utilizar estas herramientas para definir tumores en la glándula mamaria. A partir del 2010, en el área de radioterapia se empezaron a utilizar las texturas en las imágenes médicas para evaluar la respuesta a diferentes tratamientos de cáncer.

"Estas texturas se han venido definiendo desde 1979 y se trata, básicamente, de usar análisis matemático para describir variaciones espaciales de la intensidad de una escala de grises de una imagen médica de manera cuantitativa", indicó Galavis.

Para el análisis de las imágenes médicas, la técnica de radiómica consiste, primero, en obtener una imagen producida, por ejemplo, con rayos X, emisión de positrones o resonancia magnética. Después se define el contorno del tumor y se realiza un análisis estadístico de los valores de intensidad dentro del contorno definido. Por último, se crea un modelo matemático a partir de los descriptores de textura para predecir cómo el paciente responde a un tratamiento de radioterapia o de quimioterapia.

“Una vez que obtenemos estas texturas, queremos utilizarlas para ver si somos capaces de identificar o predecir algún tipo de respuesta, utilizando como base la imagen que es tomada antes de que el paciente empiece algún tipo de tratamiento, ya sea de radioterapia o combinado con quimioterapia”, añadió Galavis. Es decir, con esta técnica, es posible desarrollar modelos que puedan ofrecer un diagnóstico o pronóstico más preciso.



Forma en que los especialistas extraen las texturas. Fuente: globetechcdn.com

Los retos

Aunque la radiómica es un área prometedora, aún existen diferentes retos por resolver. De acuerdo con Galavis, “aunque diferentes instituciones hagan el mismo estudio, los resultados van a variar porque cada uno maneja diferentes equipos, así como diferentes parámetros de adquisición y diversas técnicas de procesamiento de las imágenes. “Estas variaciones introducen incertidumbres en el cálculo de las texturas que, por ende, afectaran la precisión del modelo” añade Galavis.

Otros retos incluyen la forma en que los contornos de los tumores son obtenidos, por ejemplo, manual o automáticamente. En el 2010, cuando el uso de la radiómica comenzó a expandirse, muchas instituciones en Estados Unidos y Europa empezaron a desarrollar sus propias estrategias de implementación.

De acuerdo con Galavis, aún no existe un consenso general que determine cómo será el cálculo de los descriptores de textura y cómo deben reportarse. Sin embargo, diferentes instituciones están tratando de estandarizar diferentes estrategias de radiómica. Una de las propuestas es crear una plataforma donde se puedan probar todos los modelos existentes. “El Instituto Nacional de Cáncer de Estados Unidos (NCI) está haciendo una base de datos grande para diferentes tipos de tumores”, añadió Galavis.

Otro reto es que se necesita un número significativo de pacientes para aplicar análisis radiómicos, con el fin de evaluar el poder estadístico de la técnica. Galavis comentó que ella ha hecho estudios con 67 pacientes, pero existen estudios con más de 600 pacientes.



Método para analizar imágenes médicas. Fuente: nature.

En México, Iván Rosado, investigador del grupo de Dosimetría y Física Médica del Instituto de Física, está desarrollando un proyecto en colaboración con el equipo de Yolanda Villaseñor, del Instituto Nacional de Cancerología (INCAN), que busca diferenciar lesiones benignas y malignas de la mama, y para el cual la radiómica podría ser una buena herramienta.

Para esto, el grupo de investigadores utiliza técnicas cuantitativas de ultrasonido, una modalidad segura y de bajo costo. Esto permitirá aplicar la radiómica y hacerla más extensiva sobretodo en instituciones de salud con recursos limitados.

“Nuestro objetivo es desarrollar una línea de investigación en radiómica basada en ultrasonido adaptada a las condiciones de servicios de salud en México, y que ayude a los médicos a obtener un diagnóstico por imagen más preciso”, reveló el investigador. El estudio en el INCAN planea incluir 200 pacientes.