Juan Ríos Gutiérrez Detección automática de exudados duros en imágenes de retina. Un enfoque a nivel de píxel

Transcripción

1 1. Introducción La diabetes mellitus es una enfermedad crónica caracterizada por un alto nivel de azúcar en la sangre. Va asociada a poca producción de la hormona insulina o a la resistencia a esta hormona. La insulina juega un papel importante en los procesos metabólicos al ser la encargada de transportar glucosa del torrente sanguíneo a los músculos, la grasa y a las células hepáticas donde puede utilizarse como energía. Puede provocar complicaciones serias como lesiones oculares, en riñones o en los nervios periféricos, así como enfermedades cardíacas, derrames cerebrales o amputaciones. La detección precoz y el control de la enfermedad juegan un papel decisivo en la minimización de las complicaciones asociadas. Hay tres tipos de diabetes, con causas y factores de riesgo distintos: Tipo 1: Puede ocurrir a cualquier edad pero es más frecuente en edades tempranas. En esta variante el cuerpo no produce o produce poca insulina, siendo necesario inyectar insulina diariamente. Tipo 2: Corresponde a la mayoría de los casos. Se asocia con la obesidad y generalmente se presenta en la edad adulta, aunque cada vez más en niños y adolescentes por el incremento de la obesidad a esas edades. Diabetes gestacional: Corresponde a un aumento de azúcar en sangre en mujeres no diabéticas durante el embarazo. Actualmente hay más de 366 millones de personas en el mundo que padecen diabetes (información obtenida del sitio web de la Federación Internacional de Diabetes, events/press releases/2011/diabetes atlas 5th edition), y se espera un rápido crecimiento de esa cifra en un período corto de tiempo. Las dimensiones del problema lleva a la Organización Mundial de la Salud (OMS) a considerarla una epidemia mundial relacionada con el rápido incremento del sobrepeso, la obesidad y la falta de actividad física. La diabetes en datos. Según la Federación Internacional de Diabetes (IDF), se espera que en 2030 el número de diabéticos en todo el mundo ronde los 552 millones (información obtenida del sitio web de la IDF, events/press releases/2011/diabetes atlas 5th edition). 3

2 En Europa, según la OMS la prevalencia 1 de la diabetes conocida está entre el 2% y el 5% de la población, y se estima que en torno a la mitad de los enfermos está sin diagnosticar [35]. Según la Federación de Diabéticos Españoles (FEDE), a día de hoy hay de diabéticos en España, Lo que supone un 14% de la población. El 6% de la población la padece pero no se encuentra diagnosticada (datos obtenidos de la página web de la FEDE, En datos del Ministerio de Sanidad y Política social (referidos a 2009), la prevalencia estimada de diabetes en España se sitúa en torno al 6,5% de la población entre 30 y 65 años, aunque diversos estudios indican que puede oscilar entre el 6% y el 12% teniendo en cuenta que más de un tercio de los afectados desconocen su enfermedad (datos extraídos del documento Indicadores Clave del Sistema Nacional de Salud, editado por el Ministerio de Sanidad y Política social en 2010, docs/informec_inclasns.pdf). En Andalucía, según el estudio DRECA (Dieta y Riesgo de Enfermedades Cardiovasculares en Andalucía, editado por el Servicio Andaluz de Salud de la Junta de Andalucía) la prevalencia de diabetes es del 4,8% entre la población menor de 80 años. En concreto, destaca la provincia de Huelva con la mayor prevalencia de diabetes en esta comunidad (5,25%, datos del año 2000) y mayor incremento anual [35]. Respecto a los costes que supone la diabetes, según los datos expuestos en el XX Congreso Nacional de la Sociedad Española de Diabetes, el 15% del gasto sanitario en España corresponde a la diabetes. A este respecto, la FED asegura que el 50% de este gasto responde al diagnóstico y tratamiento de las complicaciones asociadas al control insuficiente, poniendo de manifiesto la necesidad de la detección precoz y prevención, tanto de la propia enfermedad como de las complicaciones asociadas. La retinopatía diabética. La diabetes es una enfermedad que afecta principalmente a los vasos sanguíneos, siendo en particular la retinopatía diabética la afectación de los vasos sanguíneos de la retina. Esta enfermedad, no detectada a tiempo, puede derivar en ceguera. De hecho, la retinopatía diabética es la principal causa de ceguera en la población activa de los países desarrollados. Se estima que de los diabéticos de tipo 2 que no necesitan insulina, a los 15 años del diagnóstico el 60% tiene ya signos de retinopatía diabética, si hablamos de pacientes de diabetes de tipo 2 que sí necesitan insulina la cifra sube al 85%, y en el caso de diabéticos de tipo 1 se da un 98% de casos con retinopatía diabética a los 15 años del diagnóstico. 1 La prevalencia es la proporción de personas que, en una población determinada y en tiempo concreto, están afectadas por la enfermedad. 4

3 La práctica diaria de los oftalmólogos arrojan un dato: cuando se da una retinopatía diabética avanzada normalmente corresponde a pacientes mal controlados o que durante una época no controló su enfermedad. La retinopatía diabética es un riesgo conocido de la diabetes y el control de las cifras de glucosa frena la progresión de la enfermedad. El daño en los vasos sanguíneos consiste en una pérdida de resistencia de las paredes de los mismos, que los hace más porosos y elásticos. Como consecuencia pierden la eficacia como elemento filtrante (deben dejar pasar agua, pero no mucha, y deben dejar pasar gases y moléculas pequeñas como las de azúcar pero no las moléculas grasas de mayor tamaño). Uno de los primeros síntomas de esta pérdida de resistencia es la formación de ampollas debidas a la presión en los vasos sanguíneos. Son los microaneurismas. En la exploración, los microaneurismas aparecen como pequeñas manchas rojas, como globos normalmente adosados a los vasos sanguíneos. Con el tiempo, y a medida que el deterioro aumenta, en las zonas más débiles de los vasos (principalmente en los microaneurismas aunque también en otras zonas) los poros se encuentran más abiertos de lo normal y se produce el escape excesivo de agua. Esto se conoce como edema. Si afecta a la zona central de la retina (mácula) se conoce como edema macular. En la exploración el edema es difícil de observar dada la transparencia del agua. Además del agua pueden escapar moléculas grandes que normalmente no deberían salir del torrente sanguíneo. De entre estas moléculas hay algunas no transparentes y que sí podemos ver: son moléculas grasas o lípidos de un color amarillo característico. Estos depósitos reciben el nombre de exudados duros. El siguiente paso del deterioro de los vasos sanguíneos es el escape de sangre a los tejidos. Son las hemorragias, inicialmente de pequeño tamaño y forma redondeada evolucionan a grandes áreas alargadas. La función principal del sistema circulatorio es aportar nutrientes, en particular, oxígeno. Cuando en una zona relativamente grande de la retina el sistema capilar no funciona adecuadamente la retina se ahoga. Este hecho en medicina recibe el nombre de hipoxia 2 o con más frecuencia, isquemia 3. La isquemia como tal no puede verse, pero sí sus efectos. Una parte de la retina muy dependiente del oxígeno son las fibras nerviosas. En su estado normal son transparentes y no podemos verlas, pero con la falta de oxígeno sufren cambios en su interior, las estructuras del interior de las células no viajan correctamente y se acumulan, aumentando además el agua en su interior. Esto se manifiesta en las imágenes de fondo de ojo como una lesión blanquecina llamada exudado blando o algodonoso. Finalmente, una isquemia mantenida de la retina conduce a una fase final de la enfermedad: la retinopatía diabética proliferativa. El tejido retiniano, por naturaleza necesitado de oxígeno y carente de él libera unos mediadores químicos que llaman al 2 Literalmente, poco oxígeno 3 Falta de riego sanguineo 5

4 sistema circulatorio en demanda de más sangre. Estas señales no deberían producirse en situación normal, al menos en la cantidad en que se producen en la retinopatía diabética avanzada, y lo que parece que puede ayudar a la situación la empeora. Estas señales químicas reclaman más aporte sanguíneo y el árbol arterial de la retina responde creando nuevos vasos. A esta nueva microcirculación se la conoce como neovasos, pero son vasos sanguíneos anómalos, que no funcionan bien. Se produce un crecimiento descontrolado de gravísimas consecuencias. A menudo no se producen síntomas durante las primeras etapas de la retinopatía diabética. No obstante, tarde o temprano la visión puede volverse borrosa o bloquearse por completo. Incluso en los casos más avanzados, la enfermedad puede progresar sin señales de alarma durante mucho tiempo, de ahí la importancia de los exámenes oculares periódicos para detectar lo antes posible los primeros síntomas visibles (microaneurismas y exudados duros). Para la detección precoz se recomienda el estudio oftalmológico completo de los pacientes de diabetes de tipo 1 a partir del 5º año de la enfermedad, y de los pacientes de tipo 2 desde el inicio de la enfermedad. Dado el elevado índice de población diabética, los programas de detección precoz no pueden apoyarse exclusivamente en los especialistas. El planteamiento actual es el de realizar esta tarea en los centros de atención primaria en la medida de lo posible, derivando al especialista sólo aquellos casos que presenten síntomas de retinopatía diabética. Para ello, en los centros de atención primaria debe contarse con retinógrafos, con los que se obtienen imágenes digitales de la retina, y deben ser los médicos de atención primaria los que valoren estas imágenes y den un primer diagnóstico. Esto, en el contexto de los centros de atención primaria representa un doble problema: el aumento de trabajo, en unas estructuras ya de por sí saturadas y la necesidad de una formación específica de los facultativos que habrán de ofrecer el primer diagnóstico. El desarrollo de sistemas de detección automática trata de resolver en la mayor medida posible ambos problemas. Partiendo de las imágenes digitales de la retina estos sistemas encontrarán los primeros indicios de retinopatía diabética y activarán los mecanismos necesarios para la atención correcta del paciente. En este contexto se encuadra el presenta trabajo, en el que se desarrollan métodos para la detección automática de exudados duros en imágenes de retina. Los exudados duros. Los exudados duros, como se ha comentado, son depósitos, principalmente de lípidos, que han Fig Imagen de fondo de ojo con presencia de exudados duros 6

5 escapado de los vasos sanguíneos debido al aumento de la porosidad de estos. En la imagen de fondo de ojo se caracterizan por su color blanco amarillento, por su forma irregular y por presentar unos bordes bien definidos. La importancia de la detección de exudados duros en las imágenes de fondo de ojo radica en que, junto con los microaneurismas, son los primeros signos visibles de la retinopatía diabética. El objetivo debe ser, por tanto, ser capaces de detectar exudados incluso de pequeño tamaño y con la mayor precisión posible. La detección precoz de este tipo de lesiones es un paso importante en la detección temprana de la retinopatía diabética. 7