Work package 2

Antecedentes y trabajo previo de nuestro grupo: El seguimiento terapéutico de úlceras y heridas implica un examen visual periódico para monitorear la evolución de su forma (área y profundidad) y apariencia (color de los tejidos) para adaptar el tratamiento. El cuidado de la herida está dedicado a las enfermeras, ya que se realiza cuando se quita un vendaje y se limpia la herida. Se padece por muchos años la práctica manual. Para las medidas de la forma podemos mencionar: regla simple para longitud o radio (1D), trazado del contorno de la herida en hoja transparente para calcular el área (2D) o volumen a partir de molde de alginato o inyección de suero (3D). Con respecto a la naturaleza de los tejidos, el parámetro fue planteado en una pequeña escala codificada por colores (granulación, fibrina, necrosis y epitelio respectivamente para rojo, amarillo, negro y rosa) [GOT-03].

Las imágenes de úlcera son una práctica común con la difusión de sistemas digitales de bajo costo. Lógicamente, muchos trabajos pioneros se centraron en el análisis 2D y como el área de la herida puede ser obtenida fácilmente después de seguir el contorno, y un proceso de segmentación completa puede proporcionar regiones etiquetadas de los diferentes tejidos después de una etapa de clasificación [ODU-04] [KOL-04] [ZHE-04 ]. Desafortunadamente, varios inconvenientes limitan el interés de un enfoque 2D simple: las heridas no son planas y los efectos de perspectiva degradan la estimación del área; la constancia del color no está garantizada debido a cambios en la iluminación y la respuesta espectral del sensor. En otros trabajos, el problema de la reconstrucción de heridas 3D para obtener profundidad y volumen de la herida fue abordado por dos técnicas, a saber visión pasiva versus activa: en el primer caso, varias imágenes se combinan mediante prototipos de fotogrametría estereográfica para obtener puntos 3D después de encontrar puntos homólogos en las imágenes [PLA-98] [MAL-02]; en el segundo caso, se proyectan patrones láser o de luz blanca como puntos o líneas sobre la herida y se obtienen datos 3D sobre estas proyecciones mediante triangulación [KRO-02] [CAL-03] [MAL-04]. Todavía hay limitaciones: estos dispositivos necesitan una calibración tediosa y son complejos, engorrosos y, por supuesto, caros. Dado que las heridas tienen una alta prevalencia en la mayoría de los servicios hospitalarios, implica la inclusión de muchos sistemas compactos y de bajo costo.

Como se puede observar, ningún trabajo investigó un enfoque unificado que tratara tanto de la forma de la herida como de las medidas de la apariencia, los dos componentes inseparables de una evaluación completa de la herida. Por lo tanto, hemos propuesto en la Universidad de Orleans utilizar una cámara digital simple para proporcionar a bajo costo un modelo 3D de la herida con los diferentes tejidos identificados (Figura 6), como un mapa de relieve geográfico. [TRE-09] [WAN-11] Se eliminaron los inconvenientes mencionados anteriormente por una calibración automática. La calibración automática evita un paso de calibración tedioso [ALB-05] y un patrón de referencia colocado cerca de la herida proporciona corrección de color y el factor de escala [WAN-10] [WAN-12].

Figura 6: Color y análisis 3D de una herida.

Con los avances tecnológicos recientes, las cámaras digitales tienden a ser reemplazadas por teléfonos inteligentes para la captura de imágenes. Como estos dispositivos ahora admiten un potente procesamiento integrado y capacidades inherentes de transmisión de datos, se han convertido en herramientas perfectas para captura de imágenes de heridas [SPR-11] [FOL-13b] [HET-13]. Pero el hecho más sorprendente es que la creación de complementos de hardware para teléfonos inteligentes es actualmente una de las áreas más fértiles para la tecnología. Así que las nuevas modalidades de imagen mejorarán rápidamente la expansión y el poder de los teléfonos móviles existentes:

• Imagen térmica: este es el caso para la modalidad térmica que ya hemos experimentado [VIL-14].
• Escaneo 3D: varios escáneres 3D de bajo costo se han hecho populares, especialmente con el crecimiento del mercado de impresión 3D. En realidad, son dispositivos independientes, pero algunos están interconectados con herramientas portátiles como Android o iOS (iSense de 3D Systems, Structure from Occipital) y próximamente se agregarán complementos para teléfonos inteligentes a medida que estén disponibles los kits de desarrollo (Google Tango projects, LazeeEye from heuristics Labs). También observamos la aparición de cámaras de tiempo de vuelo asequibles que se han comparado ventajosamente con las técnicas manuales para medir el volumen de la herida [PUT-14].
• Los sistemas de imágenes multiespectrales o incluso hiperespectrales desarrollados en primer lugar para aplicaciones de teledetección, ahora se están extendiendo a la industria, para controlar la fabricación de piezas o alimentos. En el campo de la medicina, es una introducción reciente: ya lo hemos experimentado en heridas (Figura 6) y otros tejidos (Figura 7) y concluimos que el diagnóstico puede mejorarse fuertemente con la discriminación espectral [NOU-13] [NOU-14]

Actividades del proyecto STANDUP: Nuestra opinión es que una vez más es necesario continuar con un enfoque unificado, que involucre un sistema multimodal, ya que proporcionará, sin agregar, sino multiplicar beneficios, una evaluación precisa y robusta de la úlcera del DF. Yendo más allá de anteriores intentos multimodales [CHE-05] [MIR-11] [BAR-13], tenemos la intención de combinar e integrar nuestras modalidades previamente ensayadas (imágenes en color y reconstrucción 3D), con las modalidades emergentes (térmica) ya disponibles en teléfonos inteligentes. Con la creciente necesidad de dispositivos de evaluación de heridas de bajo costo y generalizados, está claro que la mayoría de estas tecnologías deben integrarse en los teléfonos inteligentes para el control de úlceras, ya sea en centros médicos o directamente en el hogar.

Otro requisito será el monitoreo de la úlcera a lo largo del tiempo. En todos los trabajos presentados aquí, la evaluación de la úlcera siempre se limitó a una evaluación estática: el conocimiento de la historia de la úlcera, incluida su evolución geométrica y los cambios temporales de los tejidos nunca se han tenido en cuenta para un diagnóstico preciso.

El objetivo principal de WP2 se refiere al desarrollo de una segunda aplicación de teléfono inteligente A2 durante el proyecto STANDUP. Su implementación permitirá grandes novedades desde el punto de vista práctico en comparación con la investigación en curso en este tema:

• Escaneo de color y térmico con Smartphone.
• Segmentación y clasificación multiespectral de la úlcera.
• Escaneo y análisis 3D de pie diabético.
• Desarrollo de herramientas de monitoreo para describir, sintetizar y diagnosticar la evolución de la úlcera de una visita a otra.
• Adaptación de los algoritmos a teléfonos inteligentes que funcionen con Android e iOS.

La primera parte del trabajo (color y análisis térmico) será realizada por un estudiante de doctorado en la Universidad de Agadir que comenzará en octubre de 201 7. Su tesis será una co-dirección entre la Universidad de Agadir y la Universidad de Orleans. Pasará el 70% de su tiempo en Agadir, y el resto de su tiempo en Orleans. Él será dirigido por experimentados investigadores de Agadir y Orleans. Será financiado por el gobierno Marroquí y obtendrá el apoyo del proyecto STANDUP durante su movilidad en Orleans. La segunda parte del trabajo (análisis 3D y aplicaciones para teléfonos inteligentes) será realizada por un segundo estudiante de doctorado en las mismas condiciones que el estudiante de doctorado anterior. Hemos identificado un buen estudiante de doctorado para la segunda tarea, y estamos entrevistando a nuevos estudiantes para la primera parte del trabajo.