ACTUACIONES RELEVANTES EN LA RED DE POLÍTICAS PÚBLICAS DE I+D+I IMED: Diagnóstico asistido del cáncer de mama

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1 ACTUACIONES RELEVANTES EN LA RED DE POLÍTICAS PÚBLICAS DE I+D+I 2012 IMED: Diagnóstico asistido del cáncer de mama

2 Edita: Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología, FECYT, Diseño, maquetación e impresión: Editorial MIC Depósito Legal: M NIPO:

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5 El documento que tiene en sus manos contiene una idea innovadora, que ha contado con la financiación del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) de la Unión Europea, identificadas por la Red de Políticas Públicas de I+D+I como actuación relevante en materia de I+D+I. Es una iniciativa de colaboración transfronteriza en el entorno sanitario, con el desarrollo de una herramienta de diagnóstico precoz asistido de cáncer de mama en el Hospital de São João en Oporto creada por el Centro Extremeño de Tecnologías Avanzadas del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CETA-CIEMAT). La Red de Políticas Públicas I+D+I, coordinada por la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología, FECYT en su papel de Secretaría Técnica, y puesta en marcha por el Ministerio de Economía y Competitividad y por el Ministerio de Hacienda y Administraciones Públicas, es un instrumento esencial para poder generar sinergias entre actuaciones públicas de I+D+I regionales y nacionales, la Política Regional Europea y la Estrategia Europa 2020, contribuyendo al diseño de una política comunitaria que haga de la Unión Europea la región más innovadora del mundo. El objetivo general de esta Red I+D+I es el de optimizar el diseño, la implementación y el desarrollo de los marcos de apoyo público a la innovación, contribuyendo así a la mejor utilización de las ayudas prestadas por los fondos comunitarios y, en particular, por los fondos FEDER. El objetivo final es promover la innovación en las empresas españolas y el cumplimiento de los objetivos establecidos tanto en el Marco Estratégico Nacional de Referencia (MENR), como en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación Entre las actividades que se realizan en el marco de la Red para cumplir con estos objetivos, se encuentra la dinamización de la innovación a través de la promoción de acciones y experiencias que favorezcan la innovación y el aprendizaje mutuo. Para seleccionar estas iniciativas se han definido once criterios entre los que se incluyen aspectos como la contribución a la resolución de problemas o debilidades regionales o que la iniciativa tenga sinergias con otras políticas o instrumentos de intervención pública. Otros aspectos a valorar son que la actividad contribuya al impulso de la innovación en la región, que tenga relación directa con las actuaciones de dinamización desarrolladas por la Red o que sea replicable en otras regiones. INTRODUCCIÓN

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7 IMED: Diagnóstico Asistido del Cáncer de Mama Historia de IMED: Algoritmos y Métodos de Análisis de Imagen Médica La Organización Mundial de la Salud, OMS, declaró el cáncer de mama como el segundo tipo de cáncer más común. Existen 1,5 millones de casos en el mundo anuales y 0,5 millones causan la muerte. Las causas fundamentales de la aparición de esta enfermedad se desconocen. Una de las soluciones que existen es, sin duda, la detección precoz. Con este panorama surge IMED: Algoritmos y Métodos de Análisis de Imagen Médica, un proyecto para crear una herramienta informática que ayude en el diagnóstico de cáncer de mama y el análisis de radiografías con esta enfermedad. Ha sido desarrollada por el Centro Extremeño de Tecnologías Avanzadas del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CETA-CIEMAT), la Facultad de Medicina de la Universidad de Oporto- Hospital de São João y el Instituto de Ingeniería Mecánica y Gestión Industrial (INEGI) de esta universidad. La financiación del proyecto IMED se ha realizado conjuntamente por las tres instituciones, siendo la parte correspondiente a la aportación del CETA-CIE- MAT cofinanciada por el Fondo FEDER. El CETA es un centro dedicado a la investigación, desarrollo y servicio en tecnologías de la información y comunicaciones y un centro de computación de altas prestaciones cuyas instalaciones e infraestructuras han sido co-financiadas por FEDER. Entre sus objetivos se halla el desarrollo de aplicaciones que, haciendo uso óptimo de los recursos informáticos que dispone, repercutan en beneficio de la ciencia, la industria y la sociedad. Sobre esta base, surgió en 2008 el acuerdo marco de colaboración entre el CETA y el Instituto de Ingeniería Mecánica y Gestión Industrial (INEGI), con el fin de investigar y desarrollar algoritmos para el análisis de imágenes médicas. En 2010, se unió a esta colaboración la Facultad de Medicina de la Universidad de Oporto Hospital de São João. Herramienta para el diagnóstico del cáncer de mama Profesionales de radiología del Hospital Universitario de Oporto y expertos informáti- Caso CIEMAT - IMED

8 cos del INEGI y del CETA-CIEMAT han creado esta plataforma para manejar repositorios digitales de imágenes médicas que dispone de tres herramientas: en primer lugar, un repositorio digital de datos, el Breast Cancer Digital Repository (BCDR), relacionados con casos reales de cáncer de mama, totalmente revisados y diagnosticados por radiólogos especialistas para ser usado como referencia tanto en la investigación como en la docencia, que contiene en la actualidad casos de pacientes. En segundo lugar, una aplicación denominada Mammography Image Workstation for Analysis and Diagnosis (MIWAD) para el análisis y diagnóstico asistido por ordenador de imágenes de mama de diferentes tipos (mamografías, resonancias, ultrasonidos, etc) compuesta por una base de datos para el almacenamiento, recuperación y manipulación de información de pacientes con cáncer de mama y una web que permite la lectura, la explotación y el análisis de las imágenes asociadas a los pacientes. Y por último, un conjunto de programas informáticos inteligentes (clasificadores automáticos), Machine Learning Classifiers (MLC), que permiten emitir un diagnóstico adicional al del médico especialista, para asistir a los radiólogos con una segunda opinión en el análisis de mamografías. Estos programas se construyen basándose en miles de casos diagnosticados por médicos del hospital. Estas herramientas además de apoyar a los médicos en su labor diagnóstica, son empleadas para la formación de estudiantes de medicina, radiólogos y, en general, el personal técnico asociado en las tareas de detección y diagnóstico del cáncer de mama. Esta aplicación es como un visor de mamografías que los médicos pueden utilizar para observar las imágenes médicas y emitir diagnósticos. Gracias a MIWAD, la información de los diferentes casos (imágenes) y sus diagnósticos podría estar distribuida a lo largo de diversas instituciones, de forma que médicos de diferentes ubicaciones podrían colaborar conjuntamente sobre un mismo caso independientemente de su localización.

9 Arquitectura de IMED PACS: Picture Archiving and Communication System. Sistemas de almacenamiento de radiografías del hospital. CUSTOM ARCHIVE: Base de datos de pacientes CLINICIANS: Médicos OTHER USERS: Otros usuarios BATCH PROGRAM: Programa informático para procesar las mamografías. CAD WORKSTATION: Diagnóstico Asistido por Computador, CAD. Ordenador que usan los médicos para realizar los diagnósticos. SYNCHRONIZATION: Sincronización EDIT, ANOTATE, QUERY, SECOND OPINION, BROWSE: Edición, anotación, segunda opinión, revisión y búsqueda DRI: Programa para manejar los repositorios de imágenes médicas REPOSITORY DESCRIPTION: Descripción del repositorio METADATA: Datos clínicos como el número de estudio, fecha de adquisición, información de lesiones, etc asociados a cada imagen (mamografía, ecografía, resonancia). Están alojados en una base de datos del hospital. LOCAL DB: Base de datos alojada en el hospital que contiene los datos clínicos de cada imagen. GRID STORAGE: Base de datos externa al hospital, alojada en uno o varios centros de cálculo (como el de CETA de CIEMAT o el de la Universidad de Oporto). DIGITAL CONTENT: Imágenes médicas en formato digital.

10 Sara García Ortiz, Guillermo Díaz Herrero (director de CETA), José Miguel Franco Valiente (responsable del equipo de CETA encargado del proyecto), César Suárez Ortega Aportaciones a la investigación del cáncer de mama Según Guillermo Díaz Herrero, Director del CETA-CIEMAT, el proyecto IMED está totalmente volcado a la mejora de los procesos automatizados de análisis de diferentes modalidades de imágenes de mama para dar apoyo al diagnóstico del cáncer de mama. Con la creación y publicación del BCDR se pretende ofrecer una fuente de referencia para los investigadores que trabajan sobre este tipo de cáncer, como por ejemplo servir de base para la exploración de nuevos clasificadores automáticos (MLC) ayudando así a los especialistas a la hora de realizar un diagnóstico. La aplicación MIWAD, además de permitir el almacenamiento, manejo y recuperación de información de repositorios digitales de cáncer de mama (ejemplo el BCDR) posibilita la integración de los programas informáticos (MLCs) desarrollados. Esto facilita el trabajo de los radiólogos, quienes sin necesidad de contar con un conocimiento previo adicional pueden hacer un uso efectivo de esta herramienta. La evolución de MI- WAD, permitirá comprobar su eficacia en el ámbito docente para mejorar la formación de nuevos especialistas. Además, MIWAD fue diseñado para ser fácilmente extensible para su uso en el análisis y diagnóstico de imágenes asociadas con otros tipos de cáncer. El rastreo (screening) de imágenes mamográficas es actualmente la principal modalidad para la detección precoz del cáncer de mama, que ha permitido una disminución importante de la mortalidad por causa de esta enfermedad, pues permite la detección del cáncer entre 1 año y medio y 4 años antes de que este sea clínicamente evidente. Isabel Ramos, Directora del Centro de Imagen del Centro Hospitalar de São João asegura que para lograr una mejor evaluación de los pacientes se recomienda la realización de una segunda lectura de las mamografías lo que involucra la participación de al menos 2 radiólogos en el análisis de las imágenes, aumentando los costes y la carga de trabajo. Cuando IMED esté validado en la práctica clínica permitirá ofrecer una segunda opinión de diagnóstico que implicará una disminución de costes y de la carga de trabajo de los radiólogos. Además, permitirá aumentar la eficacia de los exámenes mamográficos.

11 El papel de la innovación en IMED Al preguntarle a Díaz Herrero sobre qué tiene de innovador este proyecto, confirma que el repositorio (BCDR), además de estar en continuo crecimiento con nuevos casos de estudios y lesiones, presenta múltiples ventajas para los investigadores pues ofrece información completa de los pacientes: imágenes mamográficas, datos clínicos, el conjunto de puntos del borde de las lesiones, los informes médicos e información sobre los resultados de las biopsias realizadas; además es de dominio público ( solo es necesario registrase para tener acceso a toda la información del repositorio y por último, tenemos la intención, en la medida que los radiólogos que participan en el proyecto vayan realizando la validación de los pacientes, de liberar periódicamente conjuntos de datos (lesiones de cáncer de mama diagnosticados) para permitir la exploración de clasificadores automáticos para el diagnóstico del cáncer de mama. Por otro lado, la estación de trabajo MIWAD, a diferencia de otros productos comerciales, permite la incorporación inmediata de los clasificadores desarrollados y puede ser usada tanto para la validación de los clasificadores, como para el análisis de imágenes mamográficas, concluye Díaz Herrero. El éxito de esta iniciativa radica en que ha sabido aunar el esfuerzo de personal investigador, médico y técnico para obtener soluciones tecnológicamente avanzadas con la supervisión de personal médico, asegurando que los resultados sean verdaderamente útiles y permitiendo que la transferencia tecnológica sea prácticamente inmediata. El equipo del proyecto lo forman expertos de todas las ramas relacionadas con la herramienta: inteligencia artificial, tratamiento de imágenes, repositorios digitales, cáncer de mama y desarrollo de software, entre otros. Pero sobre todo, Díaz Herrero afirma que el arranque y logros obtenidos hasta el momento no hubiesen sido posibles sin el apoyo del Fondo Europeo de Desarrollo Regional. El proyecto hoy El Director del CETA-CIEMAT está bastante satisfecho con la evolución del proyecto, cuyos tres ejes de actuación siguen en constante avance: se han incluido nuevos casos de pacientes en el BCDR, se están investigando nuevos clasificadores más precisos a partir Actividad de marcación de las lesiones sobre el repositorio digital de cáncer de mama creado, utilizando la aplicación MIWAD.

12 de los datos del repositorio, mejorando cada vez más los resultados obtenidos por estos. Miguel A. Guevara, coordinador del proyecto por la parte Portuguesa, destaca que se están siguiendo los procedimientos establecidos por INFARMED (Autoridad Nacional Portuguesa de Medicamentos y Productos de Salud), para certificar los clasificadores desarrollados de acuerdo a las directrices europeas recogidas en la guía MEDDEV 2.1/6 de la Comisión Europea. La certificación de los clasificadores es un paso indispensable para su uso en sistemas comerciales, así como para su aplicación en la práctica clínica. En estos momentos, la herramienta se encuentra en fase de experimentación y validación en el Hospital de São João. La Directora del Centro comenta que en la actualidad el repositorio digital BCDR está formado por un total de pacientes, que incluye imágenes digitalizadas de mamografías analógicas, los datos clínicos asociados, los informes médicos finales y un alto porcentaje de estos pacientes con los resultados de las biopsias realizadas. Estamos trabajando en la extensión del BCDR con un nuevo repositorio digital de pacientes, en este caso basado en imágenes de mamografías digitales y ultrasonidos (ecografías). Hasta el momento los resultados experimentales obtenidos han sido alentadores, dado que han logrado clasificadores, que combinando características clínicas y descriptores (forma, estadística de la intensidad y textura) basados en la imagen logran un 91% de lesiones correctamente clasificadas en las categorías benignas y malignas. El repositorio digital (BCDR) y la aplicación MIWAD están siendo empleadas en la formación de médicos internos (residentes del servicio de radiología) y también para la formación de los alumnos de pregrado, con el objetivo de facilitar su aprendizaje en relación con la lectura de las imágenes mamográficas y también en el uso de herramientas computacionales de apoyo al diagnóstico. Las tres instituciones pretenden incentivar a otras entidades sanitarias y empresas comercializadoras de los equipos hospitalarios de adquisición y gestión de imágenes médicas para introducir esta aplicación en sus propios sistemas. Hay varias entidades públicas y privadas que desean integrar las aplicaciones en otras herramientas relacionadas con el análisis de datos relacionados con el cáncer de mama. En cuanto a los MLCs que se están desarrollando, hay también algunas empresas privadas interesadas en añadirlos en sus sistemas. Mientras tanto BCDR está utilizándose como fuente de datos por diversos grupos de investigación, pertenecientes a universidades y hospitales en Brasil, EEUU, España y Portugal. Más información:

13 1 La actuación ha sido convenientemente difundida entre los beneficiarios, beneficiarios potenciales y el público en general 2 La actuación incorpora elementos innovadores 3 Los resultados obtenidos con la misma se adaptan a los objetivos establecidos 4 Contribuye a la resolución de un problema o debilidad regional 5 6 Tiene un alto grado de cobertura sobre la población a la que va dirigido Se han tenido en cuenta los criterios horizontales de igualdad de oportunidades y de sostenibilidad ambiental 7 Sinergias con otras políticas o instrumentos de intervención pública 8 9 Contribuye al impulso de la innovación en cada CC.AA. de acuerdo con los objetivos del proyecto Relación directa con las actuaciones de dinamización desarrolladas por la Red 10 Cuenta con potencial de replicabilidad en el resto de CC.AA. 11 A continuación se recogen los once criterios definidos en el marco de la Red de Políticas Públicas I+D+I, que sirven de guía para la identificación de actuaciones relevantes en materia de I+D+I La actuación involucra a diferentes agentes públicos, poniendo de manifiesto su carácter transversal criterios utilizados en el marco de la Red para identificar actuaciones relevantes en I+D+I

14 Actuaciones relevantes en la red de Políticas Públicas de I+D+i 2012 IMED: Diagnóstico asistido del cáncer de mama