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En Perú, el cáncer de mama es la segunda causa de muerte por cáncer en mujeres. El estándar actual de despistaje incluye la mamografía, pero su efectividad disminuye en mamas densas generando falsos positivos o negativos. Esto repercute en el costo del sistema de salud, las tasas de curación del cáncer y la economía de los pacientes, sus familiares y el Estado. La elastografía por compresión es una herramienta que añade información cualitativa de elasticidad al diagnóstico diferencial y ha sido recientemente introducida en nuestro país. A pesar de las ventajas de la técnica cualitativa, datos cuantitativos permiten una mejor caracterización y diferenciación entre tejidos patológicos y sanos. Se propone una nueva metodología para generar imágenes cuantitativas de elasticidad de la mama. Se diseñan e implementan el hardware y software necesarios para crear vibraciones en la superficie de la mama y estimar su velocidad de desplazamiento utilizando Sonoelastografía Cuantitativa. Adicionalmente, se añade el uso de ultrasonido ultra-rápido para mejorar la exactitud y precisión de la estimación de la elasticidad del tejido. La validación de esta nueva metodología se realiza utilizando maniquíes calibrados. Finalmente, se analiza la capacidad predictiva de la técnica para detectar lesiones malignas o benignas histológicamente confirmadas en pacientes voluntarios. Esta propuesta responde a la necesidad de contar con una herramienta para la detección temprana del cáncer de mama.
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El sobrepeso y obesidad son condiciones con tasas de incidencia elevadas y en aumento tanto en Latinoamérica como en Perú. Una enfermedad asociada a estas condiciones es la enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD por sus siglas en inglés), la cual consiste en la degeneración de la estructura hepática como consecuencia del depósito de grasas sin la presencia de consumo excesivo de alcohol. NAFLD puede desencadenar en condiciones mortales como cirrosis y carcinoma hepatocelular, y por lo tanto su detección y diagnóstico es un problema clínico altamente relevante. Las técnicas existentes de diagnóstico de esta enfermedad (i.e., biopsia, evaluaciones de laboratorio y radiología) sufren de limitaciones y por tanto el desarrollo de herramientas de diagnóstico alternativas tiene un potencial impacto clínico. Una herramienta con potencial para el diagnóstico de NAFLD es el ultrasonido cuantitativo (QUS por sus siglas en inglés). QUS agrupa un conjunto de técnicas diseñadas para estimar parámetros intrínsecos de tejidos utilizando ondas ultrasónicas. Lamentablemente, los métodos QUS suelen estar basados en modelos simples de propagación que no consideran efectos como la aberración, i.e., la distorsión del frente ultrasónico al propagarse en medios heterogéneos. Por lo tanto, el diagnóstico de NAFLD usando QUS se ve comprometido en poblaciones de alto riesgo como pacientes obesos debido a la aberración causada por la abundancia de tejido graso abdominal. Con la meta final de extender la aplicabilidad de QUS al manejo clínico de NAFLD, el presente estudio tiene como objetivos principales: (1) analizar la sensibilidad de diferentes parámetros QUS (i.e., coeficientes de retro-dispersión, coeficiente de atenuación, y módulos de corte y viscosidad) a la aberración, y (2) usar técnicas de corrección de aberración para mejorar el desempeño de QUS en presencia de caminos de propagación heterogéneos.
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El objetivo general del proyecto fue evaluar experimentalmente la utilidad del ultrasonido cuantitativo multi-paramétrico para caracterizar cáncer de próstata, mama y tiroides en vivo en sujetos humanos. En este estudio, se evaluaron los parámetros de coeficiente de retrodispersión, coeficiente de atenuación y parámetros de envolventes en la caracterización de tejido sano y enfermo en pacientes voluntarios para cáncer de tiroides, ganglios y mama. Se contó con una base de datos de 270 pacientes voluntarios, cuya clasificación a base de indicadores cuantitativos basados en ultrasonido fue exitosa. Esto permitió la publicación de una serie de artículos científicos en revistas indizadas y conferencias a nivel internacional, así como la colaboración con instituciones de prestigio en el campo de la imagenología con ultrasonido que posibilitó la formulación, postulación y creación de nuevos proyectos orientados a este campo.
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El uso de imagenología médica ha permitido una disminución drástica del tiempo de diagnóstico. Sin embargo, técnicas tradicionales dependen de la pericia del radiólogo quien detecta estructuras anormales usando inspección visual y comparación diferencial. Una alternativa que ha cobrado más relevancia en los últimos años es el ultrasonido cuantitativo (QUS por sus siglas en inglés), que agrupa un conjunto de técnicas que permiten modelar parámetros intrínsecos de tejidos en una escala de valores absoluta. Estas técnicas se han aplicado para el manejo clínico de enfermedades tan relevantes a la realidad nacional como el cáncer de mama y las enfermedades difusas del hígado. En particular, técnicas de QUS permiten la estimación de parámetros como son los coeficientes de retro-dispersión (que cuantifica la ecogenicidad del tejido) y atenuación (que cuantifica la pérdida de energía conforme el ultrasonido se propaga en el tejido). Sin embargo, la estimación de estos parámetros es complicada debido entre otros motivos a que (1) el coeficiente de atenuación es necesario para estimar el coeficiente de retro-dispersión, y (2) la estimación de estos parámetros degrada significativamente cuando se analizan regiones pequeñas. El objetivo general del presente estudio es plantear un método para la estimación conjunta de coeficientes de retro-dispersión y atenuación, basados en teoría de problemas inversos regularizados y estimación multi-variable con soporte espacial conjunto, que permita un balance adecuado entre resolución espacial, exactitud y precisión que permita avanzar el estado del arte de la caracterización ultrasónica de tejidos en vivo.
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El uso de imagenología médica ha permitido una disminución drástica del tiempo de diagnóstico. No obstante, técnicas tradicionales dependen de la pericia del radiólogo quien detecta estructuras anormales usando inspección visual y comparación diferencial. Una alternativa que ha cobrado más relevancia en los últimos años es el ultrasonido cuantitativo (QUS), que agrupa las técnicas que permiten modelar parámetros intrínsecos de tejidos en una escala de valores absoluta incluyendo el coeficiente de atenuación (que cuantifica la pérdida de energía conforme el ultrasonido se propaga) y la velocidad del sonido (que cuantifica la distancia que viaja el ultrasonido por unidad de tiempo). Estas técnicas han sido estudiadas para el manejo clínico de enfermedades tan relevantes a la realidad nacional como las enfermedades difusas del hígado. Sin embargo, existen problemas sin resolver en el estado del arte incluyendo (1) las imágenes de atenuación ultrasónica sufren de una alta varianza, (2) las imágenes de velocidad del sonido sufren de sesgos debido a la ambigüedad de rango, y (3) la generación de imágenes co-registradas de estos dos parámetros para la evaluación del hígado graso no ha sido demostrada. El objetivo general de este estudio es plantear un método para la generación de imágenes co-registradas del coeficiente de atenuación y velocidad del sonido, el cual permita generar imágenes de alta calidad con un balance adecuado entre resolución espacial, exactitud y precisión. El método planteado emplea regularización por denoising para la estimación del coeficiente de atenuación, inversión de modelo heterogéneo por capas para la estimación de la velocidad del sonido, y descomposición multi-estática para la generación de datos ultrasónicos necesarios para la formación de imágenes co-registradas. La evaluación se realizará con modelos in silico y experimentales con maniquíes calibrados, por último una prueba piloto de factibilidad para la detección de esteatosis hepática.
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La neumonía causa 1.4 millones de muertes anuales en niños menores de 5 años en todo el mundo. Es la principal causa de muerte por infecciones en esta población ya que 1 de cada 4 niños que fallecen es a causa de esta enfermedad. En Perú, la mortalidad por neumonía en niños es uno de los principales problemas de salud pública. De acuerdo al Ministerio de Salud, aproximadamente 400 muertes por neumonía fueron reportadas anualmente a nivel nacional en el periodo 2009-2012. En lo que va del año 2013, ya han sido registrados 274 casos de muerte por neumonía en niños menores de 5 años. El diagnóstico de neumonía se basa en imágenes de rayos X, exámenes clínicos y de laboratorio, lo cual requiere profesionales médicos capacitados e infraestructura compleja. En entornos de bajos recursos, que son justamente los más afectados por la neumonía, no se cuenta con acceso a rayos X. El diagnóstico oportuno es uno de los principales retos a enfrentar para llegar a su correcto tratamiento. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas técnicas de detección y diagnóstico es de crucial importancia. Este proyecto propone investigar el uso de técnicas avanzadas en formación de imágenes ultrasónicas en combinación con algoritmos de procesamiento de imágenes para la detección de neumonía en niños. Se espera que como resultado de la investigación se pueda proponer el desarrollo de un dispositivo ultrasónico de bajo costo que de una señal de alarma cuando detecta consolidados pulmonares (neumonía); proporcionando de esta manera, un diagnóstico con alta sensibilidad, adecuado, rápido, de bajo costo y fácil de usar. De esta manera, se desarrolla tecnología para mejorar la salud infantil en el Perú y se impulsa la carrera de ingeniería biomédica en la PUCP en colaboración con las Universidades de Tulane, John Hopkins y UPCH.
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La evolución de lesiones de Leishmaniasis cutánea ha sido estudiada con éxito en el Laboratorio de Imágenes Médicas de la PUCP usando herramientas ópticas para seguir la evolución superficial de la lesión cutánea. Sin embargo, existe la necesidad de contar con indicadores adicionales y más precisos que permitirán valorar la respuesta del tratamiento. Actualmente, ninguna técnica puede examinar los fenómenos biológicos en el tejido ubicado por debajo de la ulceración. Se cree que la inspección ultrasónica de alta frecuencia puede generar marcadores para identificar los cambios relacionados a la microestructura y elasticidad de la piel debajo de la herida. Este proyecto consiste en el estudio de la variación de parámetros derivados de ultrasonido para la detección temprana de la respuesta terapéutica en pacientes de Leishmaniasis cutánea.
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