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Capítulo II:

Estado del arte.

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Estado del arte En esta parte de la memoria, vamos a analizar algunos

estudios y artículos ya realizados y que están relacionados con el tema que estamos tratando y que no es otro que intentar conseguir mediante técnicas y algoritmos matemáticos un correcto diagnóstico para las lesiones de piel pigmentadas.

En las últimas décadas la incidencia del melanoma ha

aumentado drásticamente y la precisión diagnóstica clínica, por parte de los dermatólogos, se ha estimado en alrededor del 75-80%. El factor pronóstico más importante sigue siendo el grosor tumoral, y por ello, es muy importante el diagnóstico precoz para la supervivencia de los pacientes afectados.

La dermatoscopia o microscopía de epiluminiscencia es una técnica in vivo, no invasiva, que ha abierto una nueva dimensión en la caracterización morfológica de las lesiones cutáneas pigmentadas, pues permite la visualización de estructuras de la epidermis, unión dermo-epidérmica y dermis superficial, mediante un sistema de amplificación de la imagen y un sistema de iluminación que permite superar la distorsión producida por la reflexión y refracción de la superficie cutánea, mostrando así patrones de pigmento y vascularización que son invisibles al ojo desnudo [1], [2]. De esta forma, numerosos estudios previos han demostrado un aumento en la sensibilidad, especificidad y precisión diagnóstica del melanoma, mediante la dermatoscopia, y en manos expertas, hasta en un 92%, lo que implica una mejoría del 20-25% del diagnóstico del melanoma. Además, también se ha demostrado que mejora la precisión diagnóstica de otras lesiones cutáneas como en nevus, queratosis seborreicas, carcinomas basocelulares y angiomas [3].

Con el objetivo de aumentar ese éxito en los diagnósticos

clínicos, varios algoritmos semicuantitativos se han ido desarrollando, basados unos en la evaluación de la forma y la

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Estado del arte distribución de las zonas pigmentadas, la asimetría, la regularidad del borde, los colores, y las diferentes estructuras dentro de la propia lesión, como es la regla ABCD de la dermatoscopia [4], o bien, basados en el análisis de los patrones, como la lista de los siete puntos de Argenziano [5].

El método ABCD de Stolz [4], pretende facilitar el

diagnóstico del melanoma a aquellos observadores menos experimentados en la técnica. Este método está basado principalmente en la valoración de cuatro criterios acerca de la lesión de piel:

1. Asimetría. Se divide la lesión pigmentada en dos ejes de

90º, de manera que se consiga la mayor simetría posible, y se valora la asimetría respecto el color, la forma y estructuras en ambos lados del eje. Se otorga una puntuación de 0 si no existe asimetría en ningún eje; de 1 si existe asimetría en un eje y de 2, si la presenta en ambos ejes. De manera que una lesión puede tener una puntuación de 0 a 2.

2. Bordes. La lesión es dividida en 8 segmentos y se puntúa

con 1 cada porción que presente una finalización abrupta del borde. De tal manera que la puntuación mínima que se puede obtener es de 0 y la máxima de 8.

3. Color. Se valora la presencia de 6 colores: blanco, marrón

claro, marrón oscuro, gris-azul, rojo y negro; por lo que la puntuación máxima será de 6 y la mínima de 1. El blanco tan sólo puntuará cuando sea más claro que la piel adyacente, es decir, cuando pertenece a áreas blancas de regresión.

4. Estructuras dermatoscópicas. Se consideran cinco

estructuras, cada una de ellas puntúa con un punto, por lo que la

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Estado del arte puntuación máxima será de 5 y la mínima de 1. Las estructuras dermatoscópicas son:

− Retículo pigmentado, tanto si es típico como atípico; − Áreas desestructuradas, que deben comprender más del

10% de la superficie de la lesión; − Puntos, que deben ser más de dos; − Glóbulos, que deben ser al menos dos; − Ramificaciones lineales, que al igual que los puntos

deben ser más de dos. En el método ABCD se consideran ramificaciones lineales tanto a los pseudópodos y a las proyecciones radiales como a la existencia de un retículo pigmentado fraccionado compuesto por escasas celdas.

Posteriormente, se ha de multiplicar cada puntuación

individual por un factor de corrección que depende del valor diagnóstico individual en cada caso calculado por análisis multivariable.

Finalmente, sumaremos todas las puntuaciones parciales y

obtendremos un valor llamado índice dermatoscópico total (TDS). Este TDS debe ser interpretado como muestra la siguiente tabla, donde además aparecen los distintos criterios de la regla ABCD y los factores de corrección para cada caso.

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Estado del arte Tabla 1: Regla ABCD para diferenciación dermatoscópica

entre lesiones malignas y benignas.

Criterio Puntuación Factor de dermatoscópico corrección Asimetría 0 a 2 1,3 Bordes 0 a 8 0,1 Color 1 a 6 0,5 Estructuras 1 a 5 0,5 dermatoscópicas

TDS - Índice dermatoscópico total

< 4,75 4,8-5,45 >5,45 Benigna Sospechosa Maligna

Posteriormente Stolz et al. añadieron tres criterios

adicionales que debían tenerse en cuenta para las lesiones sospechosas, es decir, aquellas con TDS entre 4,8 y 5,45. Estos criterios son: el patrón vascular atípico (vasos irregulares en horquilla, glóbulos rojo-azulados o rojo-lechosos y un patrón vascular poliformo compuesto por puntos y líneas rojas que se traducen en pequeños vasos irregulares en dirección vertical), la presencia de áreas de regresión (blancas, azules o mixtas) y pseudópodos. Si se presenta alguna de estas estructuras, la valoración es más sugerente de malignidad [4].

Existen otros estudios relacionados con la regla ABCD de

Stolz que presentan variaciones frente a ésta. Así, Friedman et al. presentan un método ABCD donde se simplifica el significado del criterio D, el cual hace referencia al diámetro de la lesión de piel, considerado característico de malignidad cuando sobrepasa los 6mm [6].

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Estado del arte Sin embargo, en la práctica clínica se encuentran melanomas

que no presentan ninguna (o pocas) de las características definidas por la regla del ABCD, especialmente melanomas in situ o con invasión precoz. En estas circunstancias, los cambios temporales en la morfología de la lesión pueden ser otro criterio importante a tener en cuenta, lo que implica, la necesidad de incluir una nueva letra en la regla mnemotécnica: E de evolución. Además, el estudio de Friedman et al. propone la adición de una sexta letra para remarcar la necesidad de biopsiar las lesiones llamativas, que no muestren las características clínicas típicas de benignidad, aunque no cumplan los criterios ABCDE. De esta forma, se propone la letra F (NT: de funny: extraño) para las lesiones de "morfología llamativa" [7].

Otro de los métodos desarrollados y que presenta gran

interés es el método de la lista de los 7 puntos. Se trata de un método basado en el análisis de patrones y fue creado por Argenziano et al. en 1998 [5].

En este caso, existen menos criterios que identificar y analizar que en el análisis de patrones y el sistema de puntuación es menos complicado que en la regla ABCD de la dermatoscopia.

Los siete criterios dermatoscópicos son: 1. Retículo pigmentado atípico. Retículo marrón, gris o

negro, con orificios de malla irregulares y mallas gruesas. 2. Velo azul-blanquecino. Área desestructurada con

pigmentación azulada confluente cubierta por una película blanca “en vidrio esmerilado” que no debe ocupar toda la lesión.

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Estado del arte 3. Patrón vascular atípico. Existencia de vasos lineales

irregulares o vasos puntiformes en el seno del tumor que no estén asociadas con áreas de regresión.

4. Proyecciones irregulares. Existencia de proyecciones

irregulares o pseudópodos de manera irregular en la periferia de la lesión que no estén claramente combinadas con las líneas del retículo.

5. Puntos y/o glóbulos irregulares. Se consideran como un

criterio único en el método de los siete puntos y deben tener distintos tamaños y estar distribuidos de manera irregular en la lesión.

6. Manchas de pigmentos irregulares. Áreas desestructuradas

de color marrón, gris o negro distribuidas de forma asimétrica en la lesión.

7. Estructuras asociadas a regresión. Engloba a las áreas de

despigmentación pseudo-cicatricial y a las áreas azul-grises. Una vez definidos los criterios de este método, se realiza un

análisis multivariable para determinar el peso de cada uno de ellos en el diagnóstico final del melanoma.

Existen tres criterios mayores que son, retículo pigmentado atípico, velo azul-blanquecino y patrón vascular atípico. Estos reciben una puntuación de 2. Por otro lado, tenemos los cuatro criterios menores: proyecciones irregulares, puntos y/o glóbulos irregulares, manchas de pigmentos irregulares y estructuras asociadas a regresión, que tendrán una puntuación de 1.

Finalmente se realiza la suma de las puntuaciones obtenidas y si el cómputo general es igual o superior a 3, se diagnostica la

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Estado del arte lesión como melanoma con una sensibilidad de 95% y una especificidad del 75% [2], [5], [8].

Tabla 2: Lista de los 7 puntos para el diagnóstico dermatoscópico entre lesiones malignas y benignas.

Criterio dermatoscópico Puntuación máxima CRITERIOS MAYORES Retículo pigmentado atípico 2 Velo azul-blanquecino 2 Patrón vascular atípico 2 CRITERIOS MENORES Proyecciones irregulares 1 Puntos y/o glóbulos irregulares 1 Manchas de pigmentos irregulares 1 Estructuras asociadas a regresión 1

Puntuación total

< 3 ≥ 3 Benigna Maligna

Un ejemplo de uso del método de la lista de los 7 puntos

puede verse en la siguiente imagen.

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Estado del arte

Figura 1: Análisis usando la lista de los 7 puntos.

Estos dos métodos que hemos visto (Regla ABCD de la dermoscopia y Lista de los 7 puntos), realizan un análisis general de la lesión de piel analizando una gran variedad de criterios. Sin embargo, ambos métodos consideran al borde como un parámetro relevante.

El método que nos ocupa, está basado principalmente en las

características del borde, por lo que vamos a ver que estudios se han llevado a cabo en torno a este criterio de análisis para el diagnóstico del melanoma.

La introducción de la microscopia digital de

epiluminiscencia asociada con técnicas de procesamiento de imagen permite la descripción numérica y objetiva de algunas características de las lesiones de piel pigmentadas. En muchos programas para el análisis de lesiones cutáneas, la transición

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Estado del arte entre lesión y piel es calculada y cuantificada, usando diferentes métodos, los cuales no han sido claramente definidos en la mayoría de los casos.

Es en este punto, en el cual se centra nuestro estudio, es decir, en la transición, sobre todo de luminosidad, entre piel y lesión.

Así, encontramos estudios en los que parámetros como el

“gradiente de la lesión de piel” (skin-lesion gradient) y el “gradiente de la lesión” (lesion gradient) son definidos por el método de Burroni−Dell’Eva [9], [10]-[12] y por Gutkowicz−Krusin et al. [13], respectivamente.

En ambas, se toma el color como una de las características más importantes a la hora de realizar el estudio. El color es expresado en componentes rojo, verde y azul con valores que oscilan en el intervalo 0 a 31.

Para cada una de estas tres componentes, se calcula sus valores medios y los niveles de color correspondientes a una cuarta parte (cuartil) y una décima parte (décima) del área del histograma, tanto dentro de la lesión como en la piel sana que rodea la lesión.

De esta forma, el gradiente de la lesión de piel o gradiente de la lesión se corresponde con la diferencia de color entre la piel sana y la lesión.

Sin embargo, y a pesar del desarrollo teórico, no se dispone de una descripción matemática que desarrolle este tipo de medidas expuestas.

Otros términos como el “área del borde” y la “anchura

mínima y máxima del borde” fueron definidos por Binder et al. para conseguir una cuantificación del borde, pero sin introducir ningún detalle novedoso ajeno al propio significado de los términos [14].

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Estado del arte Por otro lado, Hall et al. calculó la forma del borde

desenrollando la lesión y tomando perfiles verticales de los resultados. Además, obtuvo la variación del nivel de gris desde el centro de la lesión hasta la piel sana, a lo largo de la dirección radial [15].

El uso de la dirección radial en las distintas investigaciones es una técnica usada por varios autores en sus estudios [9]−[16] y es distinta a la propuesta por el nuevo algoritmo presentado en este proyecto, en el cual los cálculos de variaciones en los niveles de gris se realizan a lo largo de la dirección normal, en lugar de la radial, lo que permite importantes mejoras en las medidas.

Así, en la siguiente figura se representa la imagen de un melanoma, en la que se han utilizado ambas técnicas. Se puede apreciar como en lesiones con formas irregulares el uso de la dirección radial da lugar a evaluaciones incorrectas de la variación de los niveles de grises en zonas bastante amplias de la lesión, este hecho se puede apreciar en la zona más clara de la lesión, mientras que la técnica de la dirección normal permite evaluaciones precisas en los cambios de luminosidad en esas zonas del borde de la lesión con presencia de profundas identaciones.

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Estado del arte

(a) (b)

Figura 2: Imagen de melanoma donde se representa el cálculo de variaciones de luminosidad siguiendo (a) la dirección normal (como es propuesto en la implementación del nuevo método) y (b) la dirección radial (como es propuesto normalmente en otros sistemas [9]−[16]). Otro de los autores que ha desarrollado investigaciones

entorno a este ámbito es Schindewolf et al. Entre otras operaciones, se realiza una digitalización y escaneo de los patrones de color de las lesiones, ayudado por algoritmos programados en PORTRAN y DECstation 5000/200. Para ello, Schindewolf et al. evaluó una banda de anchura 40 píxeles construida alrededor del contorno de la lesión, destacando la transición entre lesión y piel. De esta forma, se realiza la medida de la diferencia entre los valores medios de color CIE-DIN en ambos mitades de la banda [17].

Finalmente, Day introduce en una de sus investigaciones, un

interesante método que algorítmicamente reproduce el segundo de los criterios de la regla ABCD de la dermoscopia, es decir, el criterio de bordes irregulares o zonas de borde con finalización abrupta, centrándose en la irregularidad del

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Estado del arte contorno en cuanto a cambios de luminosidad bruscos entre lesión y piel.

Este trabajo, está muy relacionado con el proyecto que nos ocupa. Así, vamos a ver como este método mide el gradiente de luminosidad en el borde de la lesión de piel, usando para ello, y a diferencia del nuevo método que proponemos y que veremos más adelante, la técnica de la dirección radial. Los gradientes serán calculados, tanto en las zonas del contorno donde el paso de la piel a la lesión se realiza de manera más progresiva, como en aquellas zonas donde existen terminaciones abruptas e irregulares (es lo que vamos a llamar, “irregularidad en la pigmentación”), en base a un umbral obtenido por comparación de opiniones de dermatólogos con el algoritmo.

Para ello, se divide la lesión en ocho segmentos y se tasa cada segmento con ‘1’ si el segmento muestra zonas con cambios bruscos de luminosidad entre piel y lesión, y ‘0’ si el segmento se fusiona gradualmente con la piel.

Para cada uno de esos ocho segmentos, se localizan cinco

puntos del borde equidistantes entre sí, tomando un ángulo entre cada par de puntos de 9º, como aparece en la siguiente figura, donde podemos ver la imagen de una lesión de piel dividida en los ocho segmentos y como en cada segmento se toman cinco puntos equidistantes.

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Estado del arte

Figura 3: Imagen de una lesión de piel representada con su borde, los

segmentos y las líneas de luminosidad a lo largo de la dirección radial. Llegados hasta aquí, se realiza la medida de la irregularidad

en pigmentación en cada uno de los puntos de cada segmento. Se define como zonas irregulares en pigmentación, a

aquellas zonas del contorno de la lesión donde existe un gran cambio de luminosidad al pasar desde la lesión a la piel.

En cuanto a la luminosidad en sí, se toma el valor L* del

espacio de color L*a*b* desarrollado por la CIE (Comisión Illumination d’Eclairage) como medida de luminosidad en la lesión.

Las siguientes ecuaciones muestran la fórmula de L* así como su dependencia con el valor Y, que a su vez depende del sistema RGB [18], [19].

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Estado del arte

L* 161163

0

−

=

Y

Y 01.0

0

>Y

Y

BGRBGRY 0601.05907.40000.1),,( ++=

Donde Y0 es el valor de Y para el blanco de referencia, en este caso Y(255,255,255).

La medida del cambio de luminosidad en cada punto del

borde, representado en la imagen anterior como ip , se realiza tomando los valores de luminosidad de 30 píxeles dentro del borde y otros 30 píxeles fuera del contorno, es decir, un segmento de longitud 60 píxeles centrado en ip y a lo largo de la dirección radial (Figura 4). El valor de 30 píxeles a cada lado del contorno se elige de forma arbitraria como un número razonable para la realización correcta de las medidas, siendo posible su modificación para imágenes de lesiones a escalas diferentes.

De esta forma, para cada punto ip se obtienen 60 valores de

luminosidad. Estos valores pueden ser representados desde el interior de la lesión hacia el exterior como se muestra en la figura 4.

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Estado del arte

Figura 4: Comparación de luminosidad en dos puntos del borde de la

lesión. El primero (1) se corresponde con una zona de las llamadas irregulares en pigmentación, mientras que el segundo (2) podría tratarse con una zona de transición progresiva.

Se pretende que la pendiente de los valores de luminosidad

en cada punto del borde se considere como la medida de la irregularidad en pigmentación. Por lo tanto, para cada segmento de 60 píxeles se calcula una pendiente de valores de luminosidad por el método de los mínimos cuadrados. De este procedimiento, se obtienen 40 valores de pendiente, procedentes de los cinco puntos en cada uno de los ocho segmentos.

Por tanto, disponemos de cinco valores de pendiente para

cada segmento, sin embargo, necesitamos un solo valor que caracterice a cada segmento. Para ello, lo que se hace es tomar la máxima pendiente, es decir, el máximo cambio de luz entre piel y lesión, de los cinco puntos equidistantes para segmento, obteniendo así ocho valores reales que identifican la característica irregular del contorno.

El hecho de elegir la máxima pendiente, se debe a que en la mayoría de los casos, la característica irregular de luminosidad

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Estado del arte aparece en algunas partes del segmento y no en todo el segmento.

Ahora que tenemos esos ocho valores que representan la

irregularidad luminosa de cada segmento, necesitamos un método que decida cual de esos valores reales representa a un segmento con una característica claramente irregular en luminosidad, y por el contrario, cual de ellos representa a un segmento con un cambio de luminosidad progresivo entre piel y lesión. En definitiva, lo que estamos buscando no es más que un umbral T, con lo cual, aquellos valores que estén por encima de T se consideran representativos de una característica irregular en luminosidad del borde, mientras que los valores inferiores a T representarán un cambio progresivo de luminosidad entre las dos zonas que separa el contorno.

De esta forma, Day introdujo el método que

algorítmicamente reproduce el criterio de luminosidad del borde de una lesión de piel.

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