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03/05/2020

Un sistema de radiografías torácicas para discernir entre neumonía y COVID-19

Un equipo de investigación de la Universitat Politècnica de València (UPV), perteneciente al grupo CVBLab, ha desarrollado un modelo predictivo de Inteligencia Artificial que es capaz de discernir entre pacientes sanos, enfermos por neumonía y enfermos por COVID-19, a partir de radiografías torácicas.



AUTOR: UPV

RUVID UPV CoVid-19_CAMs CVBLABSegún explica Valery Naranjo, catedrática de la UPV y directora del CVBLab, el modelo propuesto ha demostrado tener una gran capacidad discriminatoria durante los primeros experimentos, llegando a alcanzar un porcentaje de éxito promedio del 92% a la hora de diferenciar entre las distintas clases de pacientes.

 

“El algoritmo se comporta incluso mejor a la hora de predecir los casos de coronavirus; su tasa de acierto es ligeramente superior en relación con el resto de casos: tiene un porcentaje de éxito del 97% para determinar si la radiografía es de un paciente con COVID”, destaca Valery Naranjo.

 

El grupo de investigación CVBLab de la Universitat Politècnica de València cuenta con una larga experiencia en el campo de la inteligencia artificial y su especialidad es el desarrollo de algoritmos de visión por computador aplicados a imágenes biomédicas. “Es por ello por lo que hemos puesto nuestro conocimiento al servicio de la lucha contra esta pandemia”, concluye Julio Silva, ingeniero biomédico y miembro también del CVBLab de la UPV.

 

Para desarrollar el modelo de predicción, los ingenieros del CVBLab han aplicado técnicas de clasificación y de segmentación, basadas en algoritmos de deep learning, sobre una gran cantidad de imágenes de radiografías. En este sentido, Valery Naranjo explica que hay muchísimas más radiografías de pacientes sanos y de otras neumonías que de COVID-19,” por lo reciente que es y porque muchas bases de datos no están liberadas, lo que supone una dificultad añadida. El modelo que hemos desarrollado soluciona este desbalanceo de clases –de pacientes- y permite ofrecer resultados fiables y robustos”.

 

El grupo CVBLab ya dispone de una versión inicial de la plataforma informática que integra el modelo de predicción, de modo que es posible cargar una radiografía torácica y predecir al instante si se trata de una muestra de un paciente sano, enfermo por neumonía o enfermo por coronavirus.

 

Arquitectura novedosa

 

El modelo de inteligencia artificial del CVBLab-UPV presenta importantes novedades en el diseño de la arquitectura de red neuronal. En particular, se basa en técnicas de transferencia del conocimiento en combinación con otros bloques convolucionales residuales que actúan en paralelo para extraer características de las radiográficas torácicas.

 

“Esta nueva arquitectura, adaptada al tipo de imagen bajo estudio, ha permitido obtener unos primeros resultados de sensibilidad y especificidad del 97%”, señala Gabriel García, ingeniero biomédico e investigador del CVBLab de la UPV.

 

Sistema CBIR

 

De manera paralela, los investigadores están desarrollando un nuevo sistema content-based image retrieval (CBIR) basado en redes neuronales generativas. La idea de este sistema es que, dada una nueva imagen radiográfica, aparte de obtener una predicción sobre su diagnóstico, se proporcionan automáticamente los casos precedentes más similares a partir de una gran base de datos en continuo crecimiento.

 

“Las zonas de afección pulmonar del histórico de casos más similares se presentan mediante un mapa de calor muy intuitivo para el personal experto que lo utilice. El médico tiene así más datos a la hora de tomar una decisión. Es como cuando buscan en un atlas, pero de manera automática”, afirma Adrián Colomer, Dr. en telecomunicación e investigador del CVBLab de la UPV.


DESTACAMOS

Bases de datos internacionales

 

Para crear sus modelos, los investigadores del CVBLab de la UPV han recopilado bases de datos públicas de distintas instituciones, y han llevado a cabo una normalización de las mismas en un marco común, que permite entrenar y testear sus modelos.

 

Entre las bases de datos recopiladas se encuentran la proporcionada en la plataforma BIMCV-COVID-19 open source coordinada por FISABIO, otra de la Universidad de Montreal, la de la Società Italiana di Radiologia Medica e Interventistica y la proporcionada por Kaggle en su challenge “Chest X-Ray Images (Pneumonia)”.

 

“Una vez finalice la fase de desarrollo de la herramienta CBIR, la plataforma informática desarrollada por el CVBLab se alojará en un sitio web, lo que posibilitará el uso de acceso libre a la misma”, concluye la Dra. Valery Naranjo. 



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