Desarrollo y validación de sistema CAD para la cuantificación de parámetros en el estudio de imágenes médicas de la columna vertebral

Resumen

Las desalineaciones del raquis constituyen un grupo de patologías que pueden conllevar limitaciones en la calidad de vida de las personas que las padecen. De todas ellas, la escoliosis idiopática del adolescente (AIS) destaca por los problemas médicos que puede ocasionar en los casos graves. La exploración complementaria de referencia para el diagnóstico de la AIS, sigue siendo la radiografía frontal de la columna vertebral completa en bipedestación. Para evaluar, diagnosticar, monitorear y decidir el tratamiento de la AIS de forma correcta, es necesario medir sobre la radiografía distintas variables, de las cuales son básicas e imprescindibles la rotación axial vertebral (AVR) y el ángulo de Cobb. Los métodos de medida manual utilizados tradicionalmente para cuantificar estas variables, introducen en las medidas errores que pueden conllevar, en ocasiones, a una errónea decisión respecto a su tratamiento. Los avances tecnológicos en el campo de la informática y de las imágenes radiográficas digitales, han permitido el desarrollo de programas informáticos CAD con los que pueden realizarse medidas sobre las radiografías de forma más exacta, precisa y sencilla. Aunque actualmente existen sistemas CAD comerciales que permiten medir parámetros de interés clínico en radiografías de desalineaciones del raquis, éstos tienen limitaciones importantes como: la falta de especificidad o de herramientas adecuadas en algunos casos; suelen requerir mucho tiempo de aprendizaje por su dificultad de manejo; pueden no funcionar en ordenadores particulares; no permiten cambiar funcionalidades en ellos, haciendo imposible implementar nuevas herramientas según las necesidades del clínico o el investigador; y el precio puede ser muy elevado. El objetivo genérico de la presente tesis doctoral ha sido desarrollar, validar y aplicar a la investigación, un software CADq (Cuantificación Asistida por Computador) para la medición de variables implicadas en las desalineaciones del raquis, que pretende salvar las limitaciones comentadas, siendo sencillo de manejar, más exacto y preciso que los métodos de medición tradicionales y servir como herramienta de investigación. Dada la amplitud del tema, se optó por limitar los trabajos de la tesis a la medición del ángulo de Cobb y de la rotación vertebral en casos de escoliosis idiopática. El software CADq desarrollado ha sido registrado con el nombre TraumaMeter, mediante lenguaje C++ y bibliotecas de visión artificial OpenCV, e incorpora herramientas de medida de diversas variables, entre ellas la AVR y el ángulo de Cobb. Se ha calculado de manera teórica, una ecuación matemática lineal adimensional que permite implementar la capacidad, en cualquier sistema CAD, de medir la AVR con importantes ventajas respecto al método manual de Raimondi. Se ha evaluado la calidad de las medidas de la AVR obtenidas al implementar en el software TraumaMeter la ecuación matemática desarrollada. Igualmente se ha evaluado el método de medida manual y se han comparado ambos métodos. Se concluye que la ecuación desarrollada e implementada en TraumaMeter obtiene medidas 1.72 veces más válidas y 1.9 veces más fiables que de forma manual y la concordancia entre los dos métodos de medida de la AVR (software y manual) es casi perfecta (ICC(2,1)=0.975). También ha sido evaluada la validez y precisión de las medidas del ángulo de Cobb al usar TraumaMeter, el cual mejora las medidas eliminando algunas fuentes de error intrínseco del método de Cobb, y reduciendo otras como la selección poco precisa de los puntos de referencia de las vértebras terminales. Igualmente se ha evaluado el método de medida manual y se han comparado ambos métodos. Los resultados muestran que TraumaMeter genera medidas más exactas y precisas que el método de medición manual y existe un acuerdo casi perfecto entre los dos métodos investigados para medir el ángulo de Cobb, el manual o tradicional (gold estándar) y con TraumaMeter (ICC(2,1)>0.99). Otra de las ventajas de la medición con TraumaMeter es que los observadores inexpertos pueden medir el ángulo de Cobb con alta validez y fiabilidad desde el primer uso del software y que diferencias entre medidas manuales pequeñas (del orden de 0.5º) son representativas de un cambio real. Se ha utilizado la alta exactitud y precisión del software TraumaMeter al medir la rotación vertebral, para estudiar si existen discrepancias estadísticamente significativas en el error de las medidas de la AVR según el tipo de vértebra en imágenes radiográficas. Se concluyó que el error en las medidas de AVR de las vértebras torácicas es significativamente mayor que el error en las medidas de AVR de las vértebras lumbares (1.38º respecto a 0.38º) y que la fiabilidad de las medidas de las vértebras torácicas y lumbares es prácticamente igual (1.88º respecto a 1.83º).