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Tesis:

Propuesta de una nueva metodología basada en la imagen médica para la cuantificación de la afectación de la médula ósea

  • Autor: MILARA HERNANDO, Eva

  • Título: Propuesta de una nueva metodología basada en la imagen médica para la cuantificación de la afectación de la médula ósea

  • Fecha: 2025

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE TELECOMUNICACION

  • Departamentos: TECNOLOGIA FOTONICA Y BIOINGENIERIA

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/89006/

  • Director/a 1º: SÁNCHEZ GONZÁLEZ, Patricia

  • Resumen: The bone marrow (BM) is the main organ responsible for the production of blood and immune cells. Its function can be affected mainly by: plasma cell or lymphoid neoplasms. From the first group, Multiple Myeloma (MM), which directly affects the status of the BM, stands out. A high percentage of treated MM patients suffer from persistent tumour burden, a condition known as Residual Measurable Disease (MRD), which is associated with a higher risk of relapse and worse prognosis. Prior to MM, there is a condition known as Smouldering MM (SMM), characterised by progression, over an uncertain period of time, to MM. To improve personalisation of treatment, there is growing interest in defining the risk of progression to MM. From the second group, Non-Hodgkin's Lymphoma (NHL) comprises 90% of lymphoma cases, with Follicular Lymphoma (FL) and Diffuse Large B-cell Lymphoma (DLBCL) being the most common subtypes. Although not the primary lesion, BM infiltration (BMI) occurs in 20% to 40% of patients with NHL, with important therapeutic and prognostic implications. Although BM biopsy is the gold standard for the diagnosis of BM states, its combination with visual assessment of [18F]FDG PET/CT images by experts in nuclear medicine is recommended. The main reason is that, despite its high sensitivity, the sample taken may not be representative of the entire BM, whereas imaging assesses the whole organ. However, the assessment of these images is purely visual and therefore observer-dependent, as well as doubtful in many cases. For this reason, the present thesis focuses on the proposal and development of methodologies for quantification of BM from [18F]FDG PET/CT images to aid visual interpretation by nuclear medicine experts. In addition, for the development of a suitable quantification methodology, a methodology of BM segmentation is previously developed. The main results of the present thesis are grouped in five areas: - Development of an automatic BM segmentation methodology from CT images. Thanks to its performance, this segmentation allows a more accurate quantification. Moreover, its inclusion in a platform that allows not only automatic segmentation, but also manual editing, generates a useful tool for this line of research. - Implementation of quantification methodologies for the detection of MRD. The potential of the quantification methodologies developed for the detection of MRD from the images used for the evaluation of response to treatment in MM patients is demonstrated. In addition, an experiment using only patients assessed as negative by imaging is performed, demonstrating the potential of these methodologies in the detection of patterns useful for the identification of this condition that are not detectable to the human eye. - Implementation of quantification methodologies for the prediction of MRD. Using MM diagnostic images, without considering any treatment-dependent factors, the potential of radiomics feature-based methodology for the prediction of MRD is demonstrated. - Identification of potential biomarkers based on diagnostic imaging of SMM for the assessment of risk of progression to MM. Some of the radiomics features extracted from [18F]FDG PET/CT images of SMM diagnosis are identified as potential biomarkers in differentiating the risk of progression to MM. - Detection of BMI and its differentiation from other BM stages in NHL staging. We demonstrate the potential of the methodologies developed for the differentiation of possible BM status during NHL diagnosis, improving staging and, consequently, improving the personalisation of treatment. The results presented lay the foundation for the identification of the possible status of BM in the main pathologies by which it is affected, assisting clinical experts. In this way, they provide the bases for tools to improve the personalisation of medicine and the clinical management of patients. RESUMEN La médula ósea (MO) es el principal órgano encargado de la producción de células sanguíneas e inmunes. Su función puede verse afectada por: neoplasmas de células plasmáticas o linfoides. Del primer grupo, destaca el Mieloma Múltiple (MM), que afecta directamente a su estado. Un alto porcentaje de pacientes de MM tratados sufren la persistencia de carga tumoral, condición conocida como Enfermedad Residual Medible (ERM), relacionada con un mayor riesgo de recaída y un peor pronóstico. Previo al MM, existe una condición conocida como Smouldering MM (SMM), caracterizada por progresar a MM. Para mejorar la personalización del tratamiento, está creciendo el interés en definir el riesgo de progresión a MM. Del segundo grupo, el Linfoma No-Hodgkin (LNH) abarca el 90% de casos de linfoma, siendo sus subtipos más habituales el Linfoma Folicular (LF) y el Linfoma Difuso de Células-B Grandes (LDCBG). A pesar de no ser la lesión principal, la infiltración de la MO (IMO) se produce entre un 20% y un 40% de pacientes, con importantes implicaciones terapéuticas y pronósticas. A pesar de ser la biopsia el gold standard para el diagnóstico de los estados de la MO, se recomienda su combinación con la valoración visual de imágenes [18F]FDG PET/CT por parte de expertos en medicina nuclear. El principal motivo es que, a pesar de su alta sensibilidad, la muestra tomada puede no ser representativa de toda la MO, mientras que las imágenes evalúan el órgano completo. Sin embargo, la evaluación de estas imágenes es meramente visual, por lo que es observador dependiente, además de dudosa en muchos casos. Por este motivo, la presente tesis se centra en la propuesta y desarrollo de metodologías de cuantificación de MO a partir de imágenes [18F]FDG PET/CT para ayudar a su interpretación visual a los expertos en medicina nuclear. Además, para el desarrollo de una metodología de cuantificación adecuada, se desarrolla previamente una metodología de segmentación de MO. Los principales resultados de la presente tesis se agrupan en cinco áreas: - Desarrollo de una metodología de segmentación de MO a partir de imágenes CT. Esta segmentación permite una cuantificación más precisa. Su inclusión en una plataforma que permite la segmentación automática y una edición manual, genera una herramienta útil para esta investigación. - Implementación de las metodologías de cuantificación para la detección de ERM. Se demuestra su potencial para la detección de la ERM a partir de las imágenes utilizadas para la evaluación de respuesta al tratamiento en pacientes de MM. Además, se realiza un experimento utilizando exclusivamente los pacientes valorados como negativos mediante las imágenes, demostrando su potencial en la detección de patrones útiles para la identificación de esta condición no detectables para el ojo humano. - Implementación de las metodologías de cuantificación para la predicción de la ERM. Utilizando las imágenes de diagnóstico de MM, se demuestra el potencial de la metodología basada en características de radiómica para la predicción de la ERM. - Identificación de potenciales biomarcadores basados en imagen de diagnóstico de SMM para la evaluación del riesgo de progresión a MM. Algunas de las características de radiómica se identifican como potenciales biomarcadores en la diferenciación del riesgo de progresión a MM. - Detección de la IMO y su diferenciación de otros estados de MO en la estadificación de LNH. Se demuestra el potencial de las metodologías desarrolladas para la diferenciación de los posibles estados de la MO durante el diagnóstico de LNH, mejorando la estadificación y la personalización del tratamiento. Los resultados sientan las líneas futuras dirigidas a la identificación de los estados de la MO en las patologías mencionadas, ayudando a los expertos clínicos. De esta manera, se establecen las bases para conseguir herramientas que permitan la mejora de la personalización de la medicina y la gestión clínica de los pacientes.