La Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, a través del Instituto Universitario de Microelectrónica Aplicada (IUMA) ha dado un importante impulso en la investigación y la industria de la bioingeniería médica, con la creación de tecnología basada en imágenes hiperespectrales. A través del proyecto Helicoid, financiado por la UE con 1.200.000 euros, han desarrollado una herramienta que permite diferenciar entre tejidos sanos y enfermos, aportando al cirujano, en tiempo real, la información necesaria para la extracción de tumores de forma mucho más precisa.
El proyecto lo lidera la ULPGC a través del profesor Gustavo Marrero Callicó, investigador del IUMA, y en el mismo participan otras tres universidades europeas, la Politécnica de Madrid, Imperial College of Science, Technology and Medicine of London (Reino Unido) y la Universidad Armines de París.
También participan dos hospitales en los que se está probando la tecnología desarrollada, el Hospital Universitario de Southampton en Gran Bretaña, y el Universitario de Gran Canaria Doctor Negrín; así como tres socios industriales, dos pymes, General Equipment for Medical Imaging, y Virtual Angle, y una importante empresa americana de tecnología médica, Medtronic Iberica.
El resultado ha sido la creación de un demostrador no invasivo para el campo de la Neurocirugía, capaz de discriminar entre tejido sano y tumoral en tiempo real, usando para ello imágenes hiperespectrales. "Dado que el tumor es un crecimiento anómalo de las células, nosotros lo que planteamos como hipótesis de partida es que tenía que haber un cambio en la firma hiperespectral, y nos dispusimos a intentar encontrar esa alteración", indicó el profesor Marrero Callicó. El resultado final ha sido una patente del algoritmo y la instrumentación, el primer sistema que ha logrado meter una cámara hiperespectral dentro de un quirófano para detectar tumores cerebrales".
Se diseñó para el ámbito de la Neurociencia, porque los tumores cerebrales presentan un problema añadido y es que sus límites son difusos y difíciles de identificar. "El tejido cerebral circundante es crítico y no hay redundancia, como ocurre en muchos otros órganos en los que es normal extirpar el tumor junto con un amplio margen circundante de tejido sano. Esto no es posible en el cerebro, donde se hace esencial identificar con precisión la frontera entre el tejido normal y el tejido enfermo". De ahí la importancia del proyecto Helicoid, que aplica técnicas avanzadas de clasificación de imágenes hiperespectrales para afinar en el diagnóstico.
Tiene múltiples ventajas respecto a la herramienta que se viene utilizando para la detección de este tipo de tumores, que es la resonancia magnética, que se hace unos días antes de la operación, mientras que las imágenes hiperespectrales dan información precisa al cirujano durante la operación en tiempo real.
"La resonancia no mide directamente un tumor sino otras cosas, y a veces el cirujano se encuentra cuando abre con un edema, por ejemplo, mientras que nuestras máquinas están preparadas para detectar directamente el tumor. Además, la resonancia magnética tiene otro problema, y es que el cirujano practica una craneotomía, y hay un líquido dentro del cerebro que se sale, con lo cual puede haber un movimiento del cerebro de hasta un centímetro. Eso significa que la resonancia magnética y la posición actual del cerebro ya no se corresponde, y estamos hablando de casi un centímetro, que en un tejido redundante como el intestino o colon no pasa nada, pero no en el cerebro, donde cualquier cantidad de más eliminada es muy peligroso", apuntó el coordinador de Helicoid.
El sistema está en período de prueba en los dos hospitales socios del proyecto, con resultados muy satisfactorios en las 46 operaciones en los que se ha aplicado hasta el momento, una cifra que seguirá en aumento, con otro proyecto, Ithaca (Identificacion hiperespectral de tumores cerebrales), financiado por la Agencia Canaria de Investigación (Aciisi), hasta 2020.
También muchos hospitales y médicos están contactando con el IUMA, como la Universidad de Texas en Dallas -"una Universidad que tiene cinco premios noveles de Medicina vivos"-, mostrando su interés por la patente, para reproducir el equipo en Texas, "lo cual nos permitirá seguir avanzando y elevar el número de pacientes". También el Hospital de Chicago estudia montar dicha tecnología allí.
Junto a Marrero Callicó, ha sido fundamental el trabajo de los dos ingenieros Himar Fabelo y Samuel Ortega, que están realizando en torno al proyecto Helicoid sus tesis doctorales en el IUMA.
Además de la instrumentación, el desarrollo del algoritmo ha sido uno de los mayores éxitos del proyecto, al permitir al cirujano tener la información en tiempo real. "La imagen hiperespectral es enorme, estamos hablando de mil bandas multiplicado por el tamaño de la imagen y son varios gigas, y los algoritmos que los procesan son también muy pesados. El primer algoritmo que hicimos tardaba media hora en ejecutarse, pero no le podemos pedir al neurocirujano que tenga la cabeza abierta del paciente media hora esperando los datos", apuntó Marrero. Mediante plataformas de procesamiento, lograron acelerar el algoritmo hasta bajar el tiempo de procesamiento a 30 segundos. "Eso ya era asumible para los cirujanos, pero hemos logrado acelerarlo aún más y ya tenemos el algoritmo en 6 segundos, prácticamente instantáneo, en lo que movemos un poco la cámara el cirujano ya tiene el dato disponible con lo cual podemos hacer más capturas".
Aunque en un principio Helicoid nació para el campo de la Neurocirugía, en la actualidad se ha iniciado una nueva línea de investigación, en colaboración con la Universidad de Tromso, en Noruega, para la detección de los melanomas (cáncer de piel). "El catedrático de la Universidad de Tromso, Fred Godtliebsen, es un experto en detección de melanomas con imágenes normales, y cuando oyó hablar de nuestro trabajo cogió el avión, se vino a Canarias, y nos propuso usar las cámaras hiperespectrales para detectar melanomas. Un reto que hemos aceptado encantados. Las cámaras hay que modificarlas y hemos tenido la suerte de que hay dos empresas, una de Finlandia y otra americana, que nos han ofrecido sus cámaras gratuitamente", subrayó.
Así ha surgido una nueva línea de investigación donde ingeniería y medicina vuelven a hacer equipo. Así, los investigadores del IUMA, junto con los de la Universidad noruega, también trabajarán para probar su tecnología, con el Hospital Doctor Negrín, concretamente con el jefe del Servicio de Dermatología, Gregorio Carretero, así como con una clínica alemana y con el hospital de la Universidad de Tromso. "Ya hemos empezado adaptando las cámaras que tenemos a este proyecto, y de momento lo hemos puesto en práctica en 20 pacientes".
Entre las ventajas de la nueva iniciativa, destacó la rapidez en el diagnóstico y la precisión en la cirugía. "Dada la importancia del diagnóstico precoz , mi visión es dotar a los centros de salud con pequeñas cámaras hiperespectrales para la autoexploración del paciente. De forma que éste podría hacerse fotos de sus lunares en una habitación y luego se le manda un mensaje, o bien descartando otra consulta o bien dándole cita con el especialista para analizarlo más en profundidad si hay alguna sospecha. Esto agilizaría las consultas y ayudaría a aliviar las listas de espera en los sistemas sanitarios".
Y como no hay dos sin tres, las imágenes hiperespectrales también conformarán una nueva línea de trabajo en el campo de la hematología. El IUMA está trabajando en dos tesis doctorales conjuntas, una en el ámbito de la ingeniería y otro en el médico, para optimizar la donación de sangre. "La idea sería que, cuando una persona dona sangre, antes de hacer la transfusión hay que hacer análisis para descartar enfermedades, lo cual tarda tiempo y requiere de una maquinaria cara. Vamos a ver si haciendo una captura hiperespectral podríamos determinar la calidad de la sangre, o algunas patologías antes de tener que hacer todo ese proceso".
A ello se le suma otro estudio con el especialista Francisco Balea, para el Alzheimer con imágenes hiperespectrales. "La proteína Tau aparece siempre en esta enfermedad, y vamos a trabajar para ver si con la imagen hiperespectral podríamos hacer una detección precoz de esta proteína, y con ello avanzamos en la detección del Alcheimer", concluyó el profesor Marrero Callicó.
