Palabras clave: Riñón, tumor renal, imágenes médicas, resonancia magnética, ultrasonido, tomografía computarizada
Keywords: Kidney, kidney tumor, medical images, magnetic resonance, ultrasound, computerized tomography
Artículos
Identificación de lesiones ocupantes de espacio en imágenes médicas del riñón: Una revisión
Space-occupying lesions identification in medical imaging of the kidney: A review
Frank Saenz fsaenz1@unisimonbolivar.edu.co
Miguel Vera
Raúl Rodríguez
Recepción: 28 Julio 2020
Aprobación: 15 Agosto 2020
Publicación: 09 Octubre 2020
Usualmente, los riñones pueden verse afectados de masas renales o lesiones ocupantes de espacio (LOE). Cuando se hace referencia al término denominado masa renal se incluyen todos los procesos benignos y malignos que ocupen, distorsionen y afecten al parénquima renal y su entorno, independientemente de su etiología, forma y volumen. Por tanto, las masas renales incluyen todas las formaciones quísticas (abscesos), cálculos, pseudotumores, neoplasias, enfermedades inflamatorias y lesiones traumáticas. Es así como para la evaluación de masas renales quísticas en imágenes médicas, de acuerdo a sus características tales como su pared (fina, irregular, engrosada), tabiques (finos, irregulares, engrosados), bordes (definidos o no) y su tamaño, se utilizan clasificaciones como la de Bosniak que se muestra en la Tabla 1, la cual clasifica los quistes renales en cinco categorías basado en el aspecto de la imagen, para ayudar a predecir si se trata de un tumor benigno o maligno1.
Cualquier LOE, sin importar su etiología, se comporta con cambios de la forma y volumen, con alteraciones vasculares y con la creación de un síndrome compartamental en mayor o menor escala2. La comprobación diagnóstica de estos efectos se realiza mediante Ultrasonografía y ultrasonido Doppler, estudios de Tomografía Computarizada (TC) sin y con medio de contraste, Urografía intravenosa (UIV) y Resonancia Magnética Nuclear (RMN)3. A manera de ilustración se muestran, en la Figura 1, diversas formaciones quísticas en una imagen adquirida mediante la modalidad de RMN4.
Adicionalmente, se hace necesario indicar que una de las LOE que reviste mayor importancia, debido a su gran impacto en la salud y en las finanzas de un paciente, la constituye los tumores renales (TR) cuya visión retrospectiva puede ser revisada en el artículo desarrollado por Ameri y col.5.
Por otra parte, la Organización Mundial de la Salud (OMS), a través del Observatorio Global de Cáncer (GCO)6, informó que en el año 2018 se presentaron 403.262 casos de cáncer de riñón en el mundo (Figura 2); mientras que cada año se diagnostican más de 21 mil nuevos casos en Latinoamérica.
Adicionalmente, en España, de acuerdo con la Sociedad Española de Oncología Médica, el carcinoma de células renales (CCR) es la lesión sólida más frecuente en el riñón, representando, aproximadamente, el 90% de todos los tumores renales malignos, con una tasa de un 2-3% de estos tumores malignos en adultos7. Es así como cada año se presentan 7.300 nuevos casos de cáncer renal, causando más de 2.100 muertes, y según la sociedad científica se estima que en 2020 se diagnosticarán 1.300 casos más que en 20196. Por otra parte, en Colombia, en el 2018, se presentaron 101.893 casos de cáncer de los cuales 47.876 casos corresponden al género masculino; mientras que 54.017 casos están vinculados con mujeres6. Sin embargo, son muy pocas las estadísticas reportadas, actualmente, acerca del cáncer de células renales en la población colombiana. Una de ellas, es la publicada por el Instituto Nacional de Salud de Colombia, en el cual se reporta las incidencias de los diferentes tipos de cáncer, en la población de sujetos menores de 18 años, por 100000 habitantes entre los años 2015 a 2018, mostrando el cáncer de Leucemia Linfoide Aguda como el de mayor incidencia8.
A pesar de que el cáncer de riñón no es de los más recurrentes en la población, si es un tipo de cáncer que, generalmente, es asintomático en sus estadios iniciales y, por tanto, su diagnóstico temprano resulta más difícil. En este sentido, de acuerdo con la Sociedad Colombiana de Urología, muchas masas renales no son palpables hasta las últimas fases de la enfermedad, esto es, más del 50% de los CCR se detectan de manera fortuita en pruebas de imagen para investigar diferentes cuadros sintomáticos9. Otra característica que puede hacer complejo la detección es que el cáncer de riñón no es una enfermedad única, sino que se compone de varios tipos diferentes de cáncer clasificados por histología que son dispares en cuanto a presentación, curso clínico y base genética9.
En la actualidad, gracias al avance de la tecnología, se pueden tomar imágenes de los órganos para determinar si presentan LOE pero aun así, en el caso de tumores renales, es difícil diferenciar entre tumores benignos y tumores malignos10. Adicionalmente, los estudios radiológicos basados en TC, US y RMN pueden emplearse para clasificar tumores tanto renales como no renales11.
Es por ello, que en el presente artículo se realizó una revisión sistemática que permite hacer una descripción de los diversos avances que se han reportado en la literatura científica con respecto a la segmentación del riñón y de sus LOE en imágenes médicas de diferentes fuentes como tomografía computarizada, resonancia magnética y ultrasonido. Finalmente, con base en la revisión documental del trabajo que ha venido desarrollando la comunidad académica y científica, con respecto al reconocimiento automático de tumores renales, se pudo establecer un análisis comparativo de los tipos de imágenes, técnicas automáticas y métricas usadas en los diversos estudios documentados en este trabajo, logrando determinar cuáles son las más usadas en el tratamiento de imágenes médicas para la segmentación del riñón y de sus LOE.
Se utilizó el paradigma interpretativo comprensivo, empleando el método de revisión mediante la técnica de análisis de contenido. En el estudio, se reunieron y seleccionaron datos en forma de artículos o unidades de análisis, relacionados al objeto de estudio y mediante una técnica comparativa se sintetizó la información relevante, permitiendo identificar y analizar tanto los fundamentos de las técnicas manuales y automáticas involucradas en el abordaje del órgano humano denominado riñón y de sus lesiones ocupantes de espacio, así como también los antecedentes, vinculados con esta temática, reportados en la literatura. Para ello, se desarrollaron las siguientes fases:
1. Identificación de los fundamentos teóricos relativos a los métodos de caracterización y/o segmentación del mencionado órgano y sus LOE en sus versiones manuales (contexto clínico) y automáticas (contexto bioingenieril).
2. Abordaje de los antecedentes mediante la revisión crítica de unidades de análisis basadas en artículos consultados en diferentes bases de datos especializadas tales como PubMed, Google académico, base de datos académicas y revistas de alto impacto con cuartil 3 o superior. En la búsqueda se usó software especializado de gestión documental.
3. Clasificación de 28 documentos de acuerdo con el ámbito, año y contexto de la investigación, desde el 2005 hasta el 2020. En la búsqueda se clasificaron los tipos de documentos discriminados en artículos de revisión documental y artículos que presentan propuestas de técnicas automáticas para la segmentación tanto del riñón como de sus LOE.
Principales contribuciones en los contextos clínico-quirúrgico y bioingenieril vinculados con el abordaje del riñón y sus lesiones ocupantes de espacio
Aportes en el contexto clínico-quirúrgico
La Tabla 2, presenta una síntesis de diversas investigaciones científicas cuyos hallazgos han contribuido en la generación de información relevante que ha apalancado el desempeño profesional de los especialistas médicos del área nefrológica, es decir, en el contexto clínico-quirúrgico. En ella, se pueden identificar diversos recursos que han permitido a los nefrólogos caracterizar, de manera aproximada, tanto el riñón como las patologías que involucran las lesiones ocupantes de espacio renales.
En síntesis, la información presentada en la Tabla 2, muestra la interesante conexión que se ha establecido, a través del tiempo, entre las modalidades de imagenología médica y la práctica clínica, orientada al abordaje del riñón y de las patologías derivadas de la presencia de LOE renales, la cual siempre ha estado apegada a los lineamientos establecidos por los pioneros de esa importante área de la medicina.
Aportes en el contexto de la bioingeniería
La Tabla 3, muestra los principales hallazgos que se han identificado, en el contexto de la bioingeniería, luego de analizar las referencias que interconectan la segmentación automática de los riñones y sus LOE considerando estrictamente propuestas, totalmente automáticas, desarrolladas utilizando como recursos el binomio “ciencias de la computación-modelos matemáticos”.
De acuerdo con la información plasmada en la Tabla 3, se puede afirmar que los operadores inteligentes se han posicionada a la vanguardia de los algoritmos matemático-computacionales, cuando se ha pretendido generar técnicas automáticas para la caracterización tanto del riñón como de las lesiones ocupantes de espacios vinculados con este órgano.
Los artículos analizados en el presente artículo fueron publicados entre el 2005 y 2020 en revistas de alto impacto con un h-index elevado y con un 80% de ellos posicionados en cuartil 3 o superior, de acuerdo con el ranking establecido en Scimago. Esto indica lo relevante que sigue siendo, en la actualidad, la realización de investigaciones formales vinculadas con el riñón y sus LOE.
La revisión documental permite establecer como un hallazgo básico que la principal modalidad de imágenes usadas en la segmentación automática del riñón corresponde a las imágenes de Tomografía Computarizada, seguido por las imágenes de Resonancia Magnética y las imágenes obtenidas por Ultrasonido. El mayor uso de la Tomografía Computarizada se puede explicar desde las mismas características que presenta esta técnica, como la posibilidad de brindar imágenes de excelente resolución, no requerir procesos invasivos y no provocar dolor, permitiendo obtener imágenes detalladas de diferentes tejidos del cuerpo. Además, el proceso práctico desarrollado para la obtención de este tipo de imágenes es más eficiente que la Resonancia Magnética la cual, a su vez, es más costosa monetariamente hablando. Sin embargo, en la Tomografía Computarizada, como se muestra en la Tabla 4, la dosis de radiación efectiva que un paciente puede recibir es de alrededor de 10 mSv que es equivalente a la dosis que una persona (en promedio) recibe de radiación de fondo en tres años, de ahí que esté contraindicado para pacientes que no pueden someterse a altas dosis de radiación, como mujeres embarazadas, pacientes con hipersensibilidad a contrastes yodados y/o pacientes con insuficiencia: cardiaca, renal, o hepática39.
Durante la presente revisión, la Resonancia Magnética ocupo el segundo lugar dentro de las técnicas imagenológica usadas. A diferencia de la TC, la RMN es una técnica que obtiene las imágenes de los órganos y tejidos internos a través del uso de campos magnéticos a través de grandes imanes y ondas de radiofrecuencia. La principal ventaja de la RMN comparada con la TC es que no utiliza radiación ionizante, reduciendo los riesgos de cáncer, pero además esta técnica permite cortes muy finos, con precisión sub-milimétrica y, por tanto, puede generar imágenes multiplanares de alta resolución sin necesidad de cambiar la postura del paciente. Se debe mencionar que la Resonancia Magnética tiene ciertas desventajas como la larga duración del examen para la toma de las imágenes, el factor económico ya que el costo es mayor que en las otras técnicas para obtener imágenes, y claro también está el temor y la sensación de claustrofobia que experimenta un paciente adentro del túnel que se utiliza en esta técnica. En el caso del ultrasonido al igual que la RM presenta la ventaja de la ausencia de radiación, además de ofrecer una muy buena visualización de tejidos blandos y la diferenciación entre sólidos y líquidos, también es una técnica más económica pero que superpone estructuras anatómicas siendo esta su principal desventaja.
En cuanto a las métricas o funciones de desempeño, consideradas en los diferentes estudios consultados, se encontró que el Coeficiente de Dice (Dc) es el más utilizado para la validación de los modelos computacionales, aunque también son usados otros métodos como el de Correlación Lineal, análisis de Bland-Altman, Coeficiente de Correlación Inter-clase, Distancia Hausdorff Modificada, entre otros. Es importante señalar aquí que el coeficiente de Dice es una cantidad adimensional, sin unidades de medida y genera valores acotados entre cero y la unidad. La preferencia por el Dc se puede explicar debido a que es una forma de establecer grados de similitud entre estructuras segmentadas de manera más robusta sencilla y precisa que las otras métricas mencionadas. Además, su interpretación es muy intuitiva arrojando similitud perfecta entre segmentaciones manuales y automáticas, cuando su valor es la unidad y similitud nula si el Dc vale cero. Si adicionalmente, se agrega el hecho de que su programación computacional es super sencilla entonces se puede afirmar que todas estas características hacen del Dc una métrica muy atractiva y, por tanto, de uso muy frecuente.
Adicionalmente, es indudable que las diversas técnicas automáticas consideradas, desde el contexto de la bioingeniería, en especial aquellas vinculadas con inteligencia artificial, están ganando cada vez más terreno en el diseño de protocolos de apoyo clínico en situaciones sincrónicas y asincrónicas que les permiten a los especialistas clínicos realizar su trabajo de una manera más eficiente. Esto está en consonancia directa con los esfuerzos que realiza la comunidad científica internacional de promover el posicionamiento adecuado de técnicas inteligentes en los contextos médico y quirúrgico brindado, de esta forma, un importante recurso a los especialistas para que realicen su trabajo más efectiva y eficientemente lo cual, naturalmente, redunda en beneficio de la salud del paciente. De manera complementaria, también es importante visualizar la potencialidad de estas técnicas automáticas en diversos escenarios transversales tales como los espacios académicos, técnicos, médicos, clínicos y quirúrgicos relacionados con el riñón y sus enfermedades asociadas.
Finalmente, se resalta el hecho que varios de los estudios o artículos, considerados en esta revisión, se generaron en el marco del evento denominado desafío de segmentación de tumor renal (KiTS19) el cual se celebró junto con la conferencia internacional sobre informática médica e intervención asistida por computadora (MICCAI) en el 2019. Estos eventos fueron creados para apuntalar tecnológicamente los procesos que cotidianamente desarrollan los expertos clínicos y, por ende, buscan perfeccionar las técnicas computacionales propuestas por un número importante de investigadores, a nivel mundial, de tal manera que en los años venideros se cuente con una diversidad de técnicas computacionales eficientes, efectivas, muy bien posicionadas y sobretodo de utilidad invaluable que contribuyan decididamente al bienestar de la población aquejada por las patologías que se derivan de las lesiones ocupantes de espacio en el riñón.
Conclusiones
A lo largo del desarrollo de la medicina diversos investigadores han establecido los lineamientos fundamentales que le permiten a los especialistas clínicos realizar su labor profesional de manera adecuada. No obstante, el desarrollo de artículos de esta naturaleza permite darse cuenta de situaciones que ya empiezan a influenciar fuertemente esa labor. En este sentido, se puede afirmar que, de acuerdo al panorama global descrito, los profesionales de la medicina requieren cada vez más del acompañamiento permanente de técnicas, vinculadas con la bioingeniería sobre todo para realizar su trabajo de forma eficiente y dando respuesta a los retos de una sociedad altamente tecnificada.
También es importante señalar que nunca la tecnología desplazará por completo la sapiencia y experticia del personal calificado del sector salud, sino que, por el contrario, paulatinamente este tipo de recurso se está constituyendo en el aliado que requieren los especialistas, de ese sector, para hacer mucho más eficiente su trabajo.
De acuerdo con la literatura analizada, se puede apreciar como la conjunción entre las capacidades altamente desarrolladas de los clínicos y la implementación de algoritmos computacionales, basados en modelos matemáticos, ha cobrado especial relevancia como apoyo clínico al personal que conforma la comunidad médica vinculada con el área nefrológica. Esta situación es especialmente muy atractiva particularmente, en el proceso de localización precisa y obtención tanto de la morfología del riñón y las LOE que afectan su funcionamiento, así como también en la generación de descriptores útiles al momento de pretender caracterizar las estructuras anatómicas sanas o patológicas vinculadas con los riñones de los seres humanos.
