Modelo de clasificación de enfermedades neurológicas a partir de morfometría basada en voxeles en imágenes de resonancia magnética cerebral. Semestre de Industria

RESUMEN : Las enfermedades neurológicas representan un desafío significativo en el campo de la medicina, requiriendo métodos de diagnóstico precisos y tempranos. En este contexto, la resonancia magnética (RM) y la morfometría basada en voxeles (VBM) han emergido como herramientas prometedoras para e...

Full description

Autores:
Zea Monsalve, Lisset Andrea
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2025
Institución:
Universidad de Antioquia
Repositorio:
Repositorio UdeA
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/45520
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/10495/45520
Palabra clave:
Enfermedades neurodegenerativas
Neurodegenerative Diseases
Resonancia magnética
Magnetic resonance
Morfometría
Morphometrics
Morfometría basada en voxeles
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description RESUMEN : Las enfermedades neurológicas representan un desafío significativo en el campo de la medicina, requiriendo métodos de diagnóstico precisos y tempranos. En este contexto, la resonancia magnética (RM) y la morfometría basada en voxeles (VBM) han emergido como herramientas prometedoras para el análisis estructural del cerebro. Este proyecto se enfoca en desarrollar un modelo de clasificación de enfermedades neurológicas utilizando VBM en imágenes de RM cerebral, con un énfasis particular en la población colombiana. El objetivo principal es diseñar un modelo capaz de clasificar entre sujetos sanos y aquellos con patologías neurológicas, utilizando imágenes de RM de 1.5 y 3 teslas del sistema de información SURA. El desarrollo del modelo se estructuró en tres fases principales: (1) Identificación de la sensibilidad de un flujo VBM existente, con categorización de datos por edad y revisiones cualitativas y cuantitativas; (2) optimización de modelos de clasificación basados en máquinas de soporte vectorial (SVM) y exploración clasificación multiclase; y (3) evaluación del modelo en datos de 3 teslas para identificar necesidades de ajuste o ampliación. Las optimizaciones incluyen la armonización de datos para reducir sesgos introducidos por diferentes centros de adquisición y la generación de plantillas normativas específicas por edad y sexo. Los resultados obtenidos indican que las plantillas específicas por edad y sexo no generaron una mejora significativa en el desempeño del modelo de clasificación. Sin embargo, la armonización de datos sí contribuyó a un mejor rendimiento, alcanzando una precisión del 81.9% en la clasificación multiclase, superando el desempeño inicial. Además, se validó que la inclusión de datos de resonancia magnética de 3 teslas no afecta negativamente al modelo. Este enfoque permitió identificar diferencias estructurales sutiles asociadas a enfermedades como Alzheimer y Parkinson, destacando el potencial del modelo para su implementación en el diagnóstico temprano y el desarrollo de tratamientos personalizados.
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El desarrollo del modelo se estructuró en tres fases principales: (1) Identificación de la sensibilidad de un flujo VBM existente, con categorización de datos por edad y revisiones cualitativas y cuantitativas; (2) optimización de modelos de clasificación basados en máquinas de soporte vectorial (SVM) y exploración clasificación multiclase; y (3) evaluación del modelo en datos de 3 teslas para identificar necesidades de ajuste o ampliación. Las optimizaciones incluyen la armonización de datos para reducir sesgos introducidos por diferentes centros de adquisición y la generación de plantillas normativas específicas por edad y sexo. Los resultados obtenidos indican que las plantillas específicas por edad y sexo no generaron una mejora significativa en el desempeño del modelo de clasificación. Sin embargo, la armonización de datos sí contribuyó a un mejor rendimiento, alcanzando una precisión del 81.9% en la clasificación multiclase, superando el desempeño inicial. Además, se validó que la inclusión de datos de resonancia magnética de 3 teslas no afecta negativamente al modelo. Este enfoque permitió identificar diferencias estructurales sutiles asociadas a enfermedades como Alzheimer y Parkinson, destacando el potencial del modelo para su implementación en el diagnóstico temprano y el desarrollo de tratamientos personalizados.ABSTRACT : Neurological diseases represent a significant challenge in the field of medicine, requiring accurate and early diagnostic methods. In this context, magnetic resonance imaging (MRI) and voxel-based morphometry (VBM) have emerged as promising tools for structural brain analysis. This project focuses on developing a classification model for neurological diseases using VBM in brain MRI images, with a particular emphasis on the Colombian population. The main objective is to design a model capable of classifying between healthy individuals and those with neurological pathologies, utilizing MRI images of 1.5 and 3 teslas from the SURA information system. The development of the model was structured into three main phases: (1) identifying the sensitivity of an existing VBM workflow, with data categorization by age and qualitative and quantitative reviews; (2) optimizing classification models based on support vector machines (SVM) and exploring multiclass classification; and (3) evaluating the model using 3-tesla data to identify potential adjustments or expansions. The optimizations included data harmonization to reduce biases introduced by different acquisition centers and the generation of normative templates specific to age and gender. The results indicate that age- and gender-specific templates did not yield significant improvements in the model's performance. However, data harmonization contributed to better performance, achieving an accuracy of 81.9% in multiclass classification, surpassing the initial performance. Additionally, it was validated that the inclusion of 3-tesla MRI data does not negatively impact the model. This approach enabled the identification of subtle structural differences associated with diseases such as Alzheimer’s and Parkinson’s, highlighting the potential of the model for early diagnosis and the development of personalized treatments.PregradoBioingeniera57 páginasapplication/pdfspaUniversidad de AntioquiaMedellín, ColombiaFacultad de Ingeniería. BioingenieríaAn error occurred getting the license - uri.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Modelo de clasificación de enfermedades neurológicas a partir de morfometría basada en voxeles en imágenes de resonancia magnética cerebral. 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