Estudio preliminar para el diseño de una herramienta de análisis de imágenes de resonancia magnética mediante inteligencia artificial, para la evaluación de la médula ósea en Enfermedad de Gaucher

Valero Tena, Esther
Giraldo Castellano, Pilar (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2024

Resumen: La enfermedad de Gaucher (EG) es la esfingolipidosis más común entre las enfermedades lisosomales de depósito, de herencia autosómica recesiva. Se caracteriza por la deficiencia de la enzima ß-glucocerebrosidasa ácida (GluCer) debido a variantes en el gen GBA. Aunque se considera una enfermedad rara en la población general, es la más prevalente entre las enfermedades lisosomales, con una incidencia que varía entre 1:70,000 y 1:100,000 habitantes. La inteligencia artificial (IA) está desempeñando un papel fundamental en la atención médica moderna y ofrece un potencial significativo para abordar enfermedades minoritarias. Gracias a los avances tecnológicos, los algoritmos de IA pueden analizar extensos conjuntos de datos clínicos, genéticos e imágenes para identificar patrones que sugieran la presencia de enfermedades raras. La capacidad de procesamiento rápido de la IA puede llevar a diagnósticos más tempranos, especialmente crucial en el caso de enfermedades minoritarias donde la detección precoz mejora los resultados. Los modelos de IA también pueden prever la progresión de estas enfermedades utilizando datos evolutivos a lo largo del tiempo, lo que facilita la personalización del tratamiento y la anticipación de posibles complicaciones. La identificación de factores de riesgo específicos para cada paciente mediante IA puede contribuir a estrategias de prevención y gestión más efectivas. Los objetivos de este estudio son: Objetivo 1: Analizar en una cohorte de pacientes españoles diagnosticados de enfermedad de Gaucher tipo 1, las manifestaciones clínico-analíticas, genéticas, biomarcadores y otras pruebas diagnósticas relacionadas con la afectación de la médula ósea. Objetivo 2: Determinar la correlación entre los marcadores clínico-biológicos y las técnicas de imagen en la valoración de la enfermedad ósea. Objetivo 3: Analizar la distribución de los diferentes patrones de infiltración medular, según localización, sexo y repuesta al tratamiento. Objetivo 4: Elaborar distintos modelos predictivos en función de los hallazgos obtenidos para el aprendizaje de la herramienta de inteligencia artificial, para facilitar el desarrollo de una aplicación basada en la radiómica. En la primera fase del estudio, se incluyeron un total de 358 pacientes con enfermedad de Gaucher tipo 1 que disponían de datos completos. La edad media era de 48,2 años (35;62). 168 mujeres y 190 varones. La edad media al diagnóstico era 27,1(10;41). Solamente 3 pacientes tenían historia familiar de consanguinidad. 38 pacientes habían fallecido en el momento del estudio. La mediana de supervivencia global era de 59,4 años, siendo de 63,7 años en mujeres y 55,9 en varones. Los estudios de correlación entre variables cuantitativas y cualitativas realizados en esta fase en relación con la gravedad de la enfermedad ósea tanto al diagnóstico como en el seguimiento revelan que la progresión de la afectación ósea y sus complicaciones correlaciona significativamente con el valor del score S-MRI, la concentración de IgA y la edad de comienzo del tratamiento enzimático sustitutivo. En el análisis durante el seguimiento también se encuentra significancia estadística con el score S- MRI, la concentración de IgA y la edad de comienzo tratamiento enzimático sustitutivo y presencia de nuevas crisis óseas. Correlación significativa entre variables numéricas y el desarrollo de neoplasia o enfermedad de Parkinson. Correlación entre el desarrollo de neoplasia y las variables de incremento de concentración de IgG, el tiempo de retraso entre diagnóstico de EG y comienzo del tratamiento enzimático sustitutivo. Correlación significativa entre el desarrollo de enfermedad de Parkinson y las variables incremento de ferritina y la edad al diagnóstico de EG. En la segunda fase del estudio la evaluación retrospectiva de todos los estudios de RM realizados en el momento del diagnóstico o previos al tratamiento y en el curso del seguimiento desde abril de 1995 hasta mayo de 2022. La evaluación se realizó aplicando el informe estructurado de médula ósea de forma ciega por un mismo experto radiólogo cuantificando la infiltración en columna lumbar, pelvis y fémures, según la intensidad de señal en T1 y T2 WI. Se incluyeron un total de 441 exploraciones de médula ósea en 131 pacientes (62 mujeres y 69 varones) diagnosticados de EG. En el momento de la primera RM, la mediana global de S-MRI era de 8,4 puntos, siendo significativamente superior (p < 0,001) en los pacientes varones [9,10 (IC del 95%: 0-25)] que en las mujeres [7,71 (IC del 95%: 0-24)], y en el seguimiento la reducción de la infiltración fue del 20,8 % en los varones tras 10 años de tratamiento, mientras que en las mujeres se alcanzó una reducción del 39,0 % antes (5-9 años). Globalmente la reducción máxima de la infiltración en médula ósea se produce entre los 5 y 9 años de tratamiento, los estudios posteriores mostraron estabilidad, lo que coincide con las observaciones de otros grupos. En nuestro estudio el grado de infiltración de la medula y las complicaciones óseas en relación con el genotipo muestra diferencias significativas en los pacientes heterocigotos para c.1226A>G con otra variante diferente de c. c.1448T>C y con otros diferentes genotipos con respecto a los homocigotos c.1226A>G (N370S/N370S) o heterocigotos c.1226A>G /c.1448T>C (N370S/L444P), (p = 0,017). También en relación a la pérdida de densidad mineral ósea los pacientes homocigotos para c.1226A>G (N370S) tenían grado significativamente menor de pérdida de DMO en comparación con el resto de subgrupos genéticos (p = 0,003). La aplicación de los modelos de bosque aleatorio, volvían a poner de manifiesto lo observado en el estudio inicial las características más importantes en el modelo A, que incluía todas las variables fueron el S-MRI, la edad en el momento del primer tratamiento y el tratamiento utilizado, así como la intensidad de la infiltración en columna vertebral.
En resumen, la formación consistente en la interpretación de imágenes y la uniformidad en la descripción por parte de los radiólogos son fundamentales para una evaluación precisa de procesos que afectan a la médula ósea. En este contexto, la ayuda de herramientas de inteligencia artificial puede mitigar la variabilidad interobservadores, siendo un objetivo alcanzable mediante la aplicación de plantillas de informe estructurado en los estudios de resonancia magnética de médula ósea. En nuestro estudio, esta medida simple mejoró la estandarización y calidad de los informes radiológicos, facilitando la comparación, y abogamos por la integración de estos datos en sistemas de aprendizaje automático.
En este sentido, queremos focalizar todos nuestros esfuerzos en la integración de factores que contribuyan a comprender y identificar los mecanismos subyacentes que confieren mayor gravedad en la enfermedad de Gaucher, permitiendo así un seguimiento y tratamiento más individualizado. Para ello hemos trabajado y dedicado los esfuerzos en la preparación, organización y dirección de todos los datos y conocimientos con el objetivo de desarrollar una herramienta de inteligencia artificial, que, con el entrenamiento adecuado, permita definir tipos de afectación e integrar los diversos factores ómicos, facilitando a los médicos la identificación de señales de alarma y, en última instancia, brindar a los pacientes la mejor atención y calidad de vida posibles.


Resumen (otro idioma): 

Pal. clave: inteligencia artificial ; resonancia magnética nuclear

Titulación: Programa de Doctorado en Medicina

Plan(es): Plan 497

Área de conocimiento: Ciencias de la Salud

Nota: Presentado: 02 10 2024

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2024

Aportación del TFG/M a la Sostenibilidad: Garantizar una vida saludable y promover el bienestar para todos y todas en todas las edades. Reducir las desigualdades entre países y dentro de ellos. Promover sociedades pacíficas e inclusivas para el desarrollo sostenible, facilitar acceso a la justicia para todos y crear instituciones eficaces, responsables e inclusivas a todos los niveles.