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INTRODUCCIÓN

Las estructuras que se encuentran en el cuerpo humano por lo general tienen una forma irregular ⁽¹⁾, pero clásicamente han sido medidos desde la geometría euclidiana, que se ocupa de estudiar los objetos regulares. Sin embargo, se ha evidenciado que la aplicación de medidas euclidianas en el contexto de estructuras irregulares puede llevar a resultados paradójicos, como lo ha sido la medición de las costas de Gran Bretaña, por lo cual la geometría fractal, encargada de estudiar las figuras irregulares, ha surgido como medio de análisis ⁽²⁾. Uno de los métodos para la caracterización de las estructuras anatómicas mediante la geometría fractal es el método de Box-Counting, que indica su grado de irregularidad a partir del establecimiento de su dimensión fractal ⁽³⁾.

La incidencia de las enfermedades no transmisibles ha ido en aumento en el mundo, por el incremento del tiempo de vida, la exposición a factores de riesgo y otros, siendo el cáncer una de las enfermedades que ha aumentado ⁽⁴⁾. Dentro de estas patologías, el cáncer cervical es la causa más común de muerte en países en desarrollo ⁽⁵⁾, particularmente en África, Centro y Sur América ⁽⁶⁾ convirtiéndose en un indicador de inequidad en salud pues el 86 % de las muertes por cáncer cervical se dan en estos países ⁽⁷⁾. Para Colombia se determinó una incidencia del 2008 de 4 736 casos con una tasa de mortalidad de 10 por 100 000 habitantes ⁽⁸⁾. Causalmente, se le ha relacionado con el virus del papiloma humano ⁽⁹⁾, atribuyéndose generalmente a los serotipos 16, 18, 31, 33 y 45 ^(10). La sobrevida a 5 años en pacientes con cáncer estadio 0 es cercana al 93 %, mientras que para el estadio IVA-B es del 15 %-16 % ⁽¹¹⁾, relacionándose algunos factores como un nivel educativo y socioeconómico bajo y no el no haberse realizado una prueba de Papanicolau ⁽¹²⁾, de la cual se han establecido sus valores de sensibilidad, especificidad y los valores predictivos positivo y negativo en 57 %, 75 %, 26 % y 92 % respectivamente ^(13). Sin embargo, a pesar de que se considera uno de los métodos de tamizaje de cáncer cervical, suelen encontrarse serias discrepancias inter e intra-observador, lo que puede suponerse principalmente a las dificultades de establecer diferencias cualitativas ^{(14, 15)}.

Por lo anterior, fue necesaria la introducción de un sistema que integre los conceptos con los cuales se evalúan los extendidos de la citología mundialmente para así reducir estos errores, dentro del cual el más usado es el sistema Bethesda ⁽¹⁶⁾. Sin embargo, persisten las limitaciones a la hora de definir morfológicamente las lesiones celulares, ejemplificadas a través de las células escamosas atípicas de significado indeterminado, que continúan siendo un reto diagnóstico ^{(14, 17).}

Partiendo desde la geometría fractal y la metodología de Box-Counting, se han estudiado las citologías cervicales, particularmente a través de mediciones que se realizan sobre imágenes que contemplan el núcleo y el citoplasma celular ⁽¹⁸⁾ así como sus límites. Con base a estos estudios, se ha llegado a establecer valores que determinan la normalidad así como las lesiones de bajo y alto grado, incluyendo a las atipias de células escamosas de significado indeterminados ASCUS ⁽¹⁹⁾ y cómo estas se comportan en el tiempo, es decir, si estas viran hacia alguna de las lesiones de bajo o alto grado ⁽²⁰⁾.

El propósito de esta investigación es aplicar la metodología ⁽¹⁸⁾ basada en el análisis geométrico y matemático para distinguir las células cervicales normales de aquellas con algún grado lesión o si son de significado incierto, confirmando así su capacidad diagnóstica

MÉTODO

Definiciones

Dimensión fractal de Box-Counting: elemento empleado para evaluar numéricamente la irregularidad de los objetos, en este caso, de los fractales caóticos, expresada por la ecuación 1:

Superficie de los objetos: cantidad de píxeles que el núcleo y el citoplasma ocupan.

Borde del objeto: cantidad de pixeles que el borde del núcleo y el citoplasma ocupan con la reja de 2 píxeles.

Relación citoplasma-núcleo: relación entre las cifras obtenidas del borde del citoplasma y el núcleo.

Procedimiento

A partir de los registros de la base de datos del grupo Insight se seleccionaron 60 muestras tomadas en el año 2018 de mujeres entre los 20 a 55 de edad de citologías cervicales uterinas que van desde la normalidad a varias lesiones incluyendo el carcinoma acorde al criterio de un patólogo, correspondiendo 15 anormales, 15 L-SIL, 15 H-SIL y 15 ASCUS. Estos diagnósticos fueron encubiertos para poder establecer un estudio ciego.

Posteriormente, se observan los extendidos cervicales con un microscopio óptico tomando un registro fotográfico con una cámara digital que es transferido a un computador y es analizado mediante el procesador de imágenes, el cual se usa para delimitar los bordes citoplasmático y nuclear de todas las fotografías. Luego, se sobrepone una reja de 2 píxeles y otra de 4 píxeles para calcular la dimensión fractal del núcleo y del citoplasma mediante un programa empleado previamente ⁽¹⁸⁾ para después cuantificar el borde y la superficie de los objetos para así poder calcular la relación del citoplasma y el núcleo.

Con base a las cifras obtenidas de la superficie citoplasmática y nuclear siguiendo una metodología previa ⁽²⁰⁾, se procede a construir criterios para clasificar a las células en normales y con lesión intraepitelial de bajo grado (L-SIL) o lesión intraepitelial de alto grado (H-SIL).

Para el análisis estadístico se procede a enmascarar los diagnósticos de las muestras estudiadas y se toma como gold standard su análisis histopatológico por un patólogo, para poder evaluar la concordancia diagnóstica de la prueba. Lo anterior, es evaluado a través de una tabla de contingencia para calcular el coeficiente Kappa, integrando tanto a la lesión intraepitelial de bajo grado como a la de alto grado dentro del mismo grupo patológico, definiendo los verdaderos positivos (VP) como las muestras consideradas patológicas acorde tanto al diagnóstico matemático como del obtenido por citología; los falsos positivos (FP) siendo las muestras consideradas como normales por citología pero patológicas matemáticamente; los verdaderos negativos (VN) siendo las muestras evaluadas como normales por la citología y por el método matemático y los falsos negativos (FN) siendo las muestras evaluadas como anormales por la citología pero normales por el método matemático.

RESULTADOS

Se obtuvieron cifras de la superficie nuclear de 17 a 40 para establecer la normalidad, para la L-SIL entre 70 a 153, para la H-SIL de 186 a 218 y para las ASCUS de 33 a 206. Con estas cifras se logra hacer una diferenciación entre H-SIL, L-SIL y las células normales (Cuadro 1).

C: citoplasma; N: núcleo; C/N: relación citoplasma-núcleo.

Las cifras de la medición de la superficie citoplasmática fueron de 358 a 1 412 para la normalidad, para las L-SIL entre 443 a 1 008, para la H-SIL de 712 a 895 y para las ASCUS 617 a 986. La relación citoplasma y núcleo fue de 10,48 a 58,29 para establecer la normalidad, para la L-SIL entre 3,07 a 12,31 para la H-SIL de 2,99 a 4,59 y de 2,99 a 29,789 para las ASCUS.

Análisis estadístico

Una vez definida la tabla de contingencia para VN, VP, FN y FP se procedió a desenmascarar los diagnósticos histopatológicos y se realizó una comparación con los diagnósticos matemáticos para establecer los valores de sensibilidad y especificidad, los cuales fueron del 100 %. Igualmente, se calculó el coeficiente Kappa que resultó de 1. Se excluyeron las muestras catalogadas como ASCUS del análisis estadístico al no tener un método diagnóstico específico

DISCUSIÓN

Este es el primer trabajo en el que se realiza un análisis geométrico fractal y euclidiano aplicado a la citometría cervical para establecer una concordancia entre el diagnóstico histopatológico y el matemático con respecto a la normalidad, las lesiones de bajo o alto grado y para evaluar el comportamiento de las células ASCUS. Para esto, se emplearon mediciones de la superficie nuclear y citoplasmática así como su relación y los límites entre ambas imágenes para determinar de una manera cuantitativa estos diagnósticos La cuantificación de las medidas de la superficie nuclear permitió la diferenciación de las células normales de aquellas con lesión de bajo grado y las ASCUS, las cuales matemáticamente presentan el comportamiento de las previas. Cuando se aplica la resta de los límites del citoplasma y del núcleo se puede diferenciar la lesión de alto grado y las células normales. Esto provee un marco de referencia numérico para poder establecer un diagnóstico, más allá de los parámetros cualitativos habitualmente usados.

Previamente se habían realizado investigaciones de morfometría cervical en los que se pudo concluir que la medición de la dimensión fractal ⁽²¹⁾ mediante el método de Box-Counting no era suficiente para poder establecer diferencias cuantitativas precisas de la normalidad y la patología, por lo cual fue necesario integrar el análisis de las superficies y límites tanto citoplasmáticos como nucleares^{(22, 23).} En este trabajo es posible confirmar la aplicación clínica de la metodología desarrollada ⁽¹⁸⁾ para evaluar la dinámica celular normal a estados patológicos ⁽²⁴⁾.

Típicamente, la diferenciación clínica de las células se hace a través de las características morfológicas bajo la microscopía obtenidas a través de los extendidos de la citología cervical, sin embargo, la distinta interpretación que acarrean estas visualizaciones genera errores de reproducibilidad y haciendo un poco más difícil evaluar la progresión de las lesiones por elementos como las ASCUS^(14,25,26). En esta metodología no se hace uso de criterios cualitativos para concluir diagnósticos, además de que es posible diferenciar las ASCUS como lesiones de bajo grado.

De manera general en la práctica médica, los análisis estadísticos y aquellos que involucran grandes series de pacientes han sido usados para establecer patrones de causa-efecto, pero sus resultados no son extrapolables cuando se cambia alguno de los parámetros evaluados con la población. Esta metodología se fundamenta en el pensamiento de la física teórica y de la matemática, con la cual se generan inducciones de los fenómenos de la naturaleza descritos por teorías y así poder aplicar las metodologías y conclusiones a todos los casos particulares que se encuentren independientemente de las variables estadísticas o factores de riesgo.

Siguiendo esta línea de pensamiento se han generado otras metodologías que buscan establecer diferencias cuantitativas objetivas y reproducibles de condiciones clínicas e investigación básica, principalmente en el área de la inmunología prediciendo la unión de péptidos al HLA ⁽²⁷⁾, predicción de mortalidad en la unidad de cuidados intensivos ⁽²⁸⁾, epidemias de malaria ⁽²⁹⁾ y el estudio de las arterias coronarias ⁽³⁰⁾.

Agradecimientos.

Agradecemos a la Universidad de Manizales, por la financiación del presente proyecto. Dedicación. A nuestros hijos.

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Notas de autor

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