Pulmonary Artery-Vein Segmentation in Real and Synthetic CT Images = Segmentación Arteria-Vena Pulmonares en Imágenes de CT Reales y Sintéticas

La tomografía axial computerizada (TAC) es la modalidad de imagen médica preferente para el estudio de enfermedades pulmonares y el análisis de su vasculatura. La segmentación general de vasos en pulmón ha sido abordada en profundidad a lo largo de los últimos años por la comunidad científica que trabaja en el campo de procesamiento de imagen; sin embargo, la diferenciación entre irrigaciones arterial y venosa es aún un problema abierto. De hecho, la separación automática de arterias y venas está considerado como uno de los grandes retos futuros del procesamiento de imágenes biomédicas. La segmentación arteria-vena (AV) permitiría el estudio de ambas irrigaciones por separado, lo cual tendría importantes consecuencias en diferentes escenarios médicos y múltiples enfermedades pulmonares o estados patológicos. Características como la densidad, geometría, topología y tamaño de los vasos sanguíneos podrían ser analizados en enfermedades que conllevan remodelación de la vasculatura pulmonar, haciendo incluso posible el descubrimiento de nuevos biomarcadores específicos que aún hoy en dípermanecen ocultos. Esta diferenciación entre arterias y venas también podría ayudar a la mejora y el desarrollo de métodos de procesamiento de las distintas estructuras pulmonares. Sin embargo, el estudio del efecto de las enfermedades en los árboles arterial y venoso ha sido inviable hasta ahora a pesar de su indudable utilidad. La extrema complejidad de los árboles vasculares del pulmón hace inabordable una separación manual de ambas estructuras en un tiempo realista, fomentando aún más la necesidad de diseñar herramientas automáticas o semiautomáticas para tal objetivo. Pero la ausencia de casos correctamente segmentados y etiquetados conlleva múltiples limitaciones en el desarrollo de sistemas de separación AV, en los cuales son necesarias imágenes de referencia tanto para entrenar como para validar los algoritmos. Por ello, el diseño de imágenes sintéticas de TAC pulmonar podría superar estas dificultades ofreciendo la posibilidad de acceso a una base de datos de casos pseudoreales bajo un entorno restringido y controlado donde cada parte de la imagen (incluyendo arterias y venas) está unívocamente diferenciada. En esta Tesis Doctoral abordamos ambos problemas, los cuales están fuertemente interrelacionados. Primero se describe el diseño de una estrategia para generar, automáticamente, fantomas computacionales de TAC de pulmón en humanos. Partiendo de conocimientos a priori, tanto biológicos como de características de imagen de CT, acerca de la topología y relación entre las distintas estructuras pulmonares, el sistema desarrollado es capaz de generar vías aéreas, arterias y venas pulmonares sintéticas usando métodos de crecimiento iterativo, que posteriormente se unen para formar un pulmón simulado con características realistas. Estos casos sintéticos, junto a imágenes reales de TAC sin contraste, han sido usados en el desarrollo de un método completamente automático de segmentación/separación AV. La estrategia comprende una primera extracción genérica de vasos pulmonares usando partículas espacio-escala, y una posterior clasificación AV de tales partículas mediante el uso de Graph-Cuts (GC) basados en la similitud con arteria o vena (obtenida con algoritmos de aprendizaje automático) y la inclusión de información de conectividad entre partículas. La validación de los fantomas pulmonares se ha llevado a cabo mediante inspección visual y medidas cuantitativas relacionadas con las distribuciones de intensidad, dispersión de estructuras y relación entre arterias y vías aéreas, los cuales muestran una buena correspondencia entre los pulmones reales y los generados sintéticamente. La evaluación del algoritmo de segmentación AV está basada en distintas estrategias de comprobación de la exactitud en la clasificación de vasos, las cuales revelan una adecuada diferenciación entre arterias y venas tanto en los casos reales como en los sintéticos, abriendo así un amplio abanico de posibilidades en el estudio clínico de enfermedades cardiopulmonares y en el desarrollo de metodologías y nuevos algoritmos para el análisis de imágenes pulmonares. ABSTRACT Computed tomography (CT) is the reference image modality for the study of lung diseases and pulmonary vasculature. Lung vessel segmentation has been widely explored by the biomedical image processing community, however, differentiation of arterial from venous irrigations is still an open problem. Indeed, automatic separation of arterial and venous trees has been considered during last years as one of the main future challenges in the field. Artery-Vein (AV) segmentation would be useful in different medical scenarios and multiple pulmonary diseases or pathological states, allowing the study of arterial and venous irrigations separately. Features such as density, geometry, topology and size of vessels could be analyzed in diseases that imply vasculature remodeling, making even possible the discovery of new specific biomarkers that remain hidden nowadays. Differentiation between arteries and veins could also enhance or improve methods processing pulmonary structures. Nevertheless, AV segmentation has been unfeasible until now in clinical routine despite its objective usefulness. The huge complexity of pulmonary vascular trees makes a manual segmentation of both structures unfeasible in realistic time, encouraging the design of automatic or semiautomatic tools to perform the task. However, this lack of proper labeled cases seriously limits in the development of AV segmentation systems, where reference standards are necessary in both algorithm training and validation stages. For that reason, the design of synthetic CT images of the lung could overcome these difficulties by providing a database of pseudorealistic cases in a constrained and controlled scenario where each part of the image (including arteries and veins) is differentiated unequivocally. In this Ph.D. Thesis we address both interrelated problems. First, the design of a complete framework to automatically generate computational CT phantoms of the human lung is described. Starting from biological and imagebased knowledge about the topology and relationships between structures, the system is able to generate synthetic pulmonary arteries, veins, and airways using iterative growth methods that can be merged into a final simulated lung with realistic features. These synthetic cases, together with labeled real CT datasets, have been used as reference for the development of a fully automatic pulmonary AV segmentation/separation method. The approach comprises a vessel extraction stage using scale-space particles and their posterior artery-vein classification using Graph-Cuts (GC) based on arterial/venous similarity scores obtained with a Machine Learning (ML) pre-classification step and particle connectivity information. Validation of pulmonary phantoms from visual examination and quantitative measurements of intensity distributions, dispersion of structures and relationships between pulmonary air and blood flow systems, show good correspondence between real and synthetic lungs. The evaluation of the Artery-Vein (AV) segmentation algorithm, based on different strategies to assess the accuracy of vessel particles classification, reveal accurate differentiation between arteries and vein in both real and synthetic cases that open a huge range of possibilities in the clinical study of cardiopulmonary diseases and the development of methodological approaches for the analysis of pulmonary images.

Tratamiento fisioterapéutico en enfermedades respiratorias

Tecnólogo Médico en Fisioterapia

Efecto de las alteraciones respiratorias en las mujeres embarazadas y su correlación con el resultado de la gestación y del parto

212 p.

Utilidad del dímero D en el diagnóstico de tromboembolismo pulmonar en la Fundación Santa Fé de Bogotá

INTRODUCCIÓN: El diagnóstico de Tromboembolismo Pulmonar (TEP) ha sido un reto clínico a pesar de los avances en modalidades diagnósticas y opciones terapéuticas, el TEP permanece como una entidad sub diagnosticada y letal. La medición en sangre del Dímero D, con punto de corte de 500 mcg/L, por lo tanto es una excelente prueba de tamizaje para los pacientes en el departamento de urgencias . Esta evaluación inicial debe ser complementada con la realización de angioTAC de tórax, decisión que debe ser tomada precozmente con el fin de evitar complicaciones que amenacen la vida METODOLOGIA: Se realizo un estudio de prueba diagnóstica retrospectivo donde se revisaron las historias clínicas de 109 pacientes adultos de la Fundación Santa Fe de Bogotá en quienes se realizo angioTAC de tórax con protocolo para TEP, con probabilidad diagnóstica de Tromboembolismo Pulmonar Baja o Intermedia por criterios de Wells y que además tengan Dímero D. Se calculo la sensibilidad y especificidad del Dímero D teniendo en cuenta la probabilidad clínica pre test calculada por criterios de Wells, y se calcularon likelihood ratio positivo y negativo para cada punto de corte de Dímero D. RESULTADOS: El estudio mostro una sensibilidad del 100% para valores de Dímero D menores de 1100 mcg/L, en pacientes con baja probabilidad, y sensibilidad de 100% para valores menores de 700 mcg/L en pacientes con probabilidad intermedia. DISCUSIÓN: Pacientes con baja probabilidad pre test por criterios de Wells con valores de Dímero D menores de 1100 mcg/L y de probabilidad intermedia con valores menores de 700 mcg/L no requieren estudios adicionales, lo cual disminuye de manera importante la toma de angioTAC y reduce costos de atención.

Efectos de la ventilación mecánica con heliox en niños y adolescentes con patología bronquial obstructiva

Evaluar si el Heliox reduce la resistencia en la vía aérea en niños y adolescentes con patología bronquial obstructiva que requieren ventilación mecánica. Materiales y Métodos: Estudio prospectivo observacional descriptivo en niños y adolescentes con patología bronquial obstructiva y ventilación mecánica con Fi02 ≤ 0,5. Medición de variables: resistencia, presión pico, presión media de la vía aérea, presión meseta, volumen corriente, autoPEEP, distensibilidad, PetCO2, ventilación de espacio muerto antes de inicio de heliox y a los 30 minutos, 2, 4, 6, 12, 18 y 24 horas y diariamente hasta suspenderlo por extubación o FiO2 > 0,5. Resultados: Resultados parciales, incluyó 9 pacientes encontrando descenso significativo de resistencia espiratoria a los 30 minutos (51,2 vs 32,3; p=0,0008 ), 2 horas ( 51,2 vs 33,4; p=0,0019) y 4 horas (51,2 vs 30,7; p=0,0012) así como de la resistencia inspiratoria a la hora 2 (48,6 vs 36,2; p = 0,013) y hora 4 (48,6 vs 30 ; p=0,004). Se observó tendencia al descenso de la PetCO2 que no fue significativa (52,3 vs 34,3: p=0,06). No se evidenció cambios en las variables; autoPEEP, presión pico, presión media de la vía aérea, distensibilidad, ventilación de espacio muerto, presión meseta y volumen corriente antes y después del inicio del Heliox. Conclusión: La ventilación mecánica con Heliox en niños con patología bronquial obstructiva parece ser que reduce de manera significativa la resistencia de la vía aérea, con tendencia al descenso de la PetC02. Se necesitan estudios prospectivos al menos observacionales analíticos que corroboren estos hallazgos.

Tipo de tratamiento farmacológico y deterioro de la función pulmonar en pacientes con diabetes tipo 2

Antecedentes: En la actualidad no es clara la relación de la DM 2 con respecto al deterioro de la función pulmonar y menos aún si el tipo de tratamiento modifica parámetros espirométricos e inflamatorios. Objetivo: Comparar la función pulmonar de pacientes con DM 2 tratados con metformina vs secretagogos y la combinación con insulinas. Establecer el nivel de biomarcadores inflamatorios entre los grupos de tratamiento. Metodología: Estudio observacional analítico de corte transversal 495 pacientes diabéticos, entre julio 2005 y septiembre de 2007. Se obtuvieron variables espirométricas, niveles de biomarcadores inflamatorios como ferritina, fibrinógeno, PCR, Iinterleukina 6, TNF-α. Se realizó análisis de residuales de función pulmonar (valores esperados-observados) entre tipo de tratamiento con respecto al deterioro en la función pulmonar (variables espirométricas) y los niveles plasmáticos de biomarcadores. Resultados: Sin embargo un resultado valioso que se muestra en nuestro estudio, es que Después de ajustar por determinantes conocidos de la función pulmonar; los pacientes tratados con metformina tenían una tendencia no significativa de menor residual del VEF1 siendo de -133.2 vs -174.8 ml en el grupo de secretagogos. Al igual que un residual de CVF menor en los pacientes tratados con metformina en comparación con secretagogos, siendo de -212.1 ml vs -270.2 ml respectivamente con una p de 0.039. En el grupo de pacientes tratados con Metformina, los niveles de biomarcadores inflamatorios fueron menores. Conclusiones: Este estudio sustenta que la metformina parece evitar el deterioro de la función pulmonar de los pacientes diabéticos, al igual que parece tener un efecto antiinflamatorio.

Rehabilitación pulmonar en paciente candidato a trasplante pulmonar: una revisión sistemática

La rehabilitación pulmonar (RP) tiene como objetivo mejorar la condición física y aliviar los síntomas de pacientes con enfermedades pulmonares crónicas; sin embargo, la evidencia acerca de los beneficios en candidatos a trasplante pulmonar (TP) no es clara. Objetivo. Determinar la efectividad de la RP en candidatos a TP e identificar cómo influye la calidad de vida y la tolerancia al ejercicio en la supervivencia de estos pacientes. Metodología. Búsqueda en bases de datos electrónicas (Medline, Cochrane, PEDro, ScienceDirect y Scielo) acerca de RP en candidatos a TP publicadosentre 2000 a 2011, artículos en idioma español, ingles o portugués, ensayos clínicos controlados y estudios de cohorte. Se usó el modelo de revisiones sistemáticas de Cochrane. Resultados. Se incluyeron cuatro estudios de cohorte, de los cuales dos fueron de sobrevida pre TP usando el test de caminata de seis minutos (TC6M), un estudio de calidad de vida relacionada con la sobrevida post TP y un estudio de tolerancia al ejercicio. No se encontró ningún ensayo clínico controlado. Conclusiones. La información encontrada en los estudios elegidos tiene heterogeneidad clínica ymetodológica de tal manera no fue posible realizar metaanálisis. La RP se debe considerar comoparte indispensable del proceso de mantenimiento para mejorar la tolerancia al ejercicio y la sobrevida, es importante continuar investigaciones en este tema.

Diseño de un programa de rehabilitación pulmonar en la Clínica Universitaria Teletón

Las enfermedades pulmonares crónicas son muy frecuentes en la población mayor de 40 años y es superior en los países con un alto consumo de cigarrillo; han sido durante muchos años consideradas como un problema grave de salud pública, el cual va en aumento de manera acelerada en Colombia y en el mundo debido a su alta incidencia e impacto sobre la calidad de vida de quien la padece y de su familia.La Asociación Colombiana de Neumología y Cirugía de Tórax junto a la Fundación Neumológica Colombiana realizó un estudio acerca de la Prevalencia de la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC) en Colombia (Prepocol).

Actualización y organización del programa de rehabilitación pulmonar del Hospital Departamental Santa Sofía de Manizales

El Hospital Departamental Santa Sofía de la ciudad de Manizales es una EmpresaSocial del Estado (ESE), considerada como una entidad de alto grado decomplejidad. La institución cuenta con un programa de rehabilitación pulmonar quefunciona desde enero del 2003 con la participación de un grupo interdisciplinariobrindando tratamiento a los pacientes con patologías pulmonares crónicas.

Síntomas respiratorios y neumoconiosis por polvo de carbón diagnosticada radiológicamente, en los trabajadores de minería subterránea en Boyacá en el año 2014

Introducción Las neumoconiosis son un grupo de enfermedades respiratorias ocupacionales, debidas a la acumulación de polvo en los pulmones. Colombia pese a ser un país minero, no cuenta con datos oficiales sobre la prevalencia de la neumoconiosis que permitan implementar medidas preventivas para evitar el desarrollo de enfermedades asociadas a la explotación minera y que disminuyan la incidencia y prevalencia de la neumoconiosis. Objetivos Determinar la prevalencia de neumoconiosis a partir del diagnóstico radiológico y describir síntomas respiratorios referidos por los trabajadores de las minas subterráneas de carbón en el departamento de Boyacá. Materiales y métodos Se realizó un estudio descriptivo de corte transversal en 232 trabajadores de minería subterránea del departamento de Boyacá; teniendo como fuente de información los datos obtenidos en el proyecto “Evaluación de la exposición a polvo de carbón en tres departamentos de Colombia, 2012-2015”, financiado por el Instituto Nacional de Salud, Universidad de Los Andes, la Universidad del Rosario, Positiva ARL y Colciencias. El análisis de los datos del estudio se realizó a través del software Stata versión 11. Resultados El 100% de la población estudio fueron de sexo masculino. La mediana para la edad fue de 40.5 años (20 – 73). La labor más comúnmente desempañada por los mineros fue: picadores 168 (72,41%). Los síntomas respiratorios más frecuentemente encontrados en este estudio fueron expectoración y tos. En cuanto a expectoración fue más frecuente en la mañana durante el invierno: 66.38% (154) y la tos de día o de noche durante el invierno: 53.88% (125). Para el hábito de fumar el 17.67% fumaba al momento del estudio. En 69 mineros (29.74%) se encontraron anormalidades parenquimatosas en la Radiografía de Tórax.

Síntomas respiratorios y neumoconiosis por polvo de carbón diagnosticada radiológicamente, en los trabajadores de minería subterránea en Boyacá en el año 2014

Introducción Las neumoconiosis son un grupo de enfermedades respiratorias ocupacionales, debidas a la acumulación de polvo en los pulmones. Colombia pese a ser un país minero, no cuenta con datos oficiales sobre la prevalencia de la neumoconiosis que permitan implementar medidas preventivas para evitar el desarrollo de enfermedades asociadas a la explotación minera y que disminuyan la incidencia y prevalencia de la neumoconiosis. Objetivos Determinar la prevalencia de neumoconiosis a partir del diagnóstico radiológico y describir síntomas respiratorios referidos por los trabajadores de las minas subterráneas de carbón en el departamento de Boyacá. Materiales y métodos Se realizó un estudio descriptivo de corte transversal en 232 trabajadores de minería subterránea del departamento de Boyacá; teniendo como fuente de información los datos obtenidos en el proyecto “Evaluación de la exposición a polvo de carbón en tres departamentos de Colombia, 2012-2015”, financiado por el Instituto Nacional de Salud, Universidad de Los Andes, la Universidad del Rosario, Positiva ARL y Colciencias. El análisis de los datos del estudio se realizó a través del software Stata versión 11. Resultados El 100% de la población estudio fueron de sexo masculino. La mediana para la edad fue de 40.5 años (20 – 73). La labor más comúnmente desempañada por los mineros fue: picadores 168 (72,41%). Los síntomas respiratorios más frecuentemente encontrados en este estudio fueron expectoración y tos. En cuanto a expectoración fue más frecuente en la mañana durante el invierno: 66.38% (154) y la tos de día o de noche durante el invierno: 53.88% (125). Para el hábito de fumar el 17.67% fumaba al momento del estudio. En 69 mineros (29.74%) se encontraron anormalidades parenquimatosas en la Radiografía de Tórax.

Hallazgos radiológicos de la enfermedad pulmonar en pacientes Colombianos con esclerodermia

La esclerosis sistémica (ES) es una enfermedad autoinmune multisistémica que afecta principalmente la piel, los pulmones, el tracto gastrointestinal, el corazón y los riñones. La enfermedad pulmonar, presente en casi el 100% de los casos, es el factor con mayor influencia en la mortalidad. El propósito de este estudio es realizar un análisis detallado de la enfermedad pulmonar por tomografía computarizada de alta resolución(TCAR) en pacientes Colombianos con ES, para lo cual se realizó un estudio de prevalencia analítica en 44 pacientes con ES valorados en el Hospital Universitario Mayor Méderi en los últimos 7 años. Los resultados mostraron características demográficas y clínicas similares a las previamente descritas. La prevalencia de enfermedad pulmonar intersticial fue alta, y los hallazgos de fibrosis pulmonar como vidrio esmerilado y panal de abejas se asociaron con la presencia del autoanticuerpo antiSCL70. La medida del diámetro esofágico por TCAR fue mayor en los pacientes con disfagia, antiSCL 70 y linfopenia, los cuales son marcadores de mal pronóstico.

Diabetes relacionada a la fibrosis quística (DRFQ)

Importancia: el paciente con fibrosis quística después de las complicaciones gastrointestinales y pulmonares debe enfrentar otras comorbilidades como la diabetes relacionada a su condición . Dado el aumento en la esperanza de vida y el hecho de que virtualmente todas los pacientes con esta enfermedad pueden desarrollar alteración en el metabolismo de los carbohidratos, se requiere una sensibilización frente al tema que posibilite una detección temprana de esta entidad y un tratamiento óptimo que evite las complicaciones microvasculares e impacte entre otros el crecimiento pondo-estatural en pacientes en desarrollo y la función pulmonar. Objetivo : realizar una revisión actualizada de la literatura sobre la diabetes relacionada a la fibrosis quística, destacando las indicaciones de tamización y tratamiento. Conclusión : la FQ dentro de su abordaje requiere la detección temprana de la alteración del metabolismo de los carbohidratos con una prueba de tolerancia a la glucosa , el daño del islote pancreático , la disfunción inmune, la resistencia a la insulina, el estrés oxidativo entre otros elementos fisiopatológicos conllevan a un estado de depleción de insulina que producirán un efecto negativo microvascular así como a una reducción marcada de la función pulmonar, mayores tasa de infección e incremento de la mortalidad. La piedra angular del tratamiento en pacientes con o sin hiperglicemia es la insulina que mejora tanto el estado nutricional como la función pulmonar ; nuevos antidiabéticos orales con efecto incretinas y fármacos modificadores de la enfermedad se vislumbran como alternativas al corto plazo

Prevalencia de la enfermedad pumonar obstructiva crónica en Canarias

Programa de doctorado: Avances en Medicina Interna