Caracterización e implementación de herramientas alternativas de inteligencia artificial para el diagnóstico de malaria basadas en algoritmos de Deep Learning.

Pregunta de investigación: ¿Cómo complementar y mejorar los métodos de diagnóstico de malaria en Colombia mediante el uso de herramientas de inteligencia artificial?   La malaria es una parasitosis cosmopolita considerada un problema complejo, dinámico, histórico y multidimensional, dada su persistente transmisión endemo epidémica en países tropicales y subtropicales.  A pesar de los indiscutibles logros alcanzados en cuanto a morbilidad y mortalidad de la malaria en los últimos años, evitando más de 10.6 millones de muertes en todo el mundo en el periodo de 2000-2020, esta enfermedad producida por el protozoario género Plasmodium s.p. (P. vivax, P. falciparum, P. malariae, P. ovale y P. knowlesi) continúa siendo un grave problema de salud pública mundial. Se estiman alrededor de 627 000 muertes por malaria en 2020 en todo el mundo con un aumento de 69 000 con respecto al año anterior, siendo esta enfermedad la responsable del 7.8% de las muertes en niños menores de cinco años ADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"World Health Organization","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"Who","id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2021"]]},"title":"Informe mundial de malaria 2021 Mensajes principales","type":"report"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=4ad09066-583e-49ca-acf7-a33dabbb6841"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [1]","plainTextFormattedCitation":" [1]","previouslyFormattedCitation":" [1]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [1]. Esto se debe principalmente a que casi la mitad de la población mundial (3300 millones de personas) ubicadas principalmente en 97 países están en riesgo de padecer esta enfermedadADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"ISBN":"9789241564106","ISSN":"1476-4687","PMID":"9375913","author":[{"dropping-particle":"","family":"OMS","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2014"]]},"page":"1-24","title":"Informe Mundial 2014 Sobre el Paludismo Resumen","type":"article-journal"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=15ad1802-3b01-4ad3-8323-fab2120e03e2"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [2]","plainTextFormattedCitation":" [2]","previouslyFormattedCitation":" [2]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [2]. En Colombia más del 60% de la población se encuentra en área de riesgo para adquirir la enfermar o morir por esta causa; esto se debe a que cerca del 85% del territorio rural está situado por debajo de los 1 600 metros sobre el nivel del mar, y presenta condiciones climáticas, geográficas y epidemiológicas aptas para la transmisión de la enfermedadADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"Instituto Nacional de Salud","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"Boletín comitéestratégico de salud","id":"ITEM-1","issue":"4","issued":{"date-parts":[["2013"]]},"page":"6","title":"BOLETIN EPIDEMIOLÓGICO DE LA MALARIA EN COLOMBIA","type":"article-journal","volume":"6"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=4ccd4620-9e31-41ce-9ea9-1464021d57e1"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [3]","plainTextFormattedCitation":" [3]","previouslyFormattedCitation":" [3]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [3]. Según el Banco Mundial en su reporte de 2017, Colombia se encuentra en estado naranja frente a esta enfermedad con más de 740 habitantes que tienen malaria por cada 1 000 personas en riesgoADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"Banco Mundial","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2020"]]},"title":"Indicencia del paludismo 2000-2020","type":"report"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=fb8d933a-4146-4c24-9e93-568e98ad70b8"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [4]","plainTextFormattedCitation":" [4]","previouslyFormattedCitation":" [4]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [4]. Para el 2018 se ingresaron al Sivigila (Sistema Nacional de Vigilancia en Salud Pública –INS) 62 141 casos de malaria, 61 178 casos de malaria no complicada y 963 casos de malaria complicada – se presenta disfunción de órganos vitales – procedentes de 25 entidades territoriales y 92 casos del total son procedentes del exterior, asociadas al tránsito temporal de inmigrantes provenientes de África y Venezuela, con 9 muertes confirmadasADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"author":[{"dropping-particle":"","family":"Ministerio de Salud y Protección Social","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"2018","id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2018"]]},"page":"1-14","title":"Malaria en Colombia","type":"article-journal"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=3b0d46ef-99a4-4202-b3ee-6b67a7133f06"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [5]","plainTextFormattedCitation":" [5]","previouslyFormattedCitation":" [5]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [5]. El 87.2% de los casos de malaria no complicada se registraran en tres grandes focos activos del país: el foco de Urabá, el foco de la Costa Pacífica y el foco de la Orinoquia-Amazonia, comprendiendo principalmente los departamentos de Chocó, Nariño, Córdoba, Antioquia, Guainía, Amazonas, Bolívar y CaucaADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"abstract":"1. INTRODUCCIÓN La malaria es una enfermedad infecciosa de origen parasitario que va desde procesos asintomáticos, cuadros sintomáticos con escalofríos, fiebre, sudoración y cefalea; hasta cuadros graves que pueden llevar a la muerte (1) Las características clínicas de la enfermedad dependen de la especie del parásito, la concentración de parásitos asexuales en sangre (parasitemia) y del estado inmune del huésped (2). El paludismo es una infección causada por parásitos del género Plasmodium, que se transmite a través de la picadura del mosquito Anopheles. La enfermedad causada por esta infección se caracteriza por paroxismos febriles intermitentes, anemia y crecimiento del bazo o esplenomegalia(3). La Organización Panamericana de la Salud (OPS) estima que anualmente ocurren más de 50 millones de casos, 500.000 de ellos con hospitalización y 20.000 con defunciones. Las tasas de ataque llegan a 64 por mil habitantes. El 95% de los afectados son niños. El control de la enfermedad es costoso y las epidemias inciden de forma negativa en el desarrollo socioeconómico de los países (4). Los casos estimados de malaria falciparum crecieron de 211 millones en 2015 a 216 millones en 2016, un aumento de 2.4 por ciento. Aunque relativamente pequeño, el crecimiento en los casos confirmó que el progreso reciente, incluida una disminución del 37% en nuevos casos de malaria desde 2000 hasta 2015, se ha desacelerado. La mayoría de los casos de paludismo en 2016 se registraron en la Región de África de la OMS (90%), seguidos por la Región de Asia Sudoriental de la OMS (7%) y la Región del Mediterráneo Oriental de la OMS (2%) (5). En la región de las américas de los 18 países endémicos, 12 están en el objetivo de lograr un ≥40% de reducción en la incidencia de casos para 2020, mientras que cinco están un 20-40% de reducción. Cuatro países (Nicaragua, Panamá, Perú y Venezuela]) se vio aumentos en 2016 en comparación a 2010. Los casos en Colombia se duplicaron entre 2015 y 2016, a pesar de reducción anterior.","author":[{"dropping-particle":"","family":"Instituto Nacional de Salud","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"Informe del evento. Malaria, Colombia 2017","id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2018"]]},"page":"19","title":"Informe de evento Malaria- Colombia. 2017","type":"article-journal"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=4c309208-ce95-4c33-9934-fa7aaa05ad33"]},{"id":"ITEM-2","itemData":{"DOI":"10.7705/biomedica.v36i0.2934","ISSN":"0120-4157","abstract":"Introducción. El dengue es la enfermedad de más rápida propagación en el mundo y una permanente amenaza para la salud pública mundial, con aproximadamente 2,5 millones de personas en alto riesgo de infección. Ante la gravedad del cuadro de la enfermedad a nivel nacional y mundial, es necesario generar nuevas metodologías de predicción útiles para la adopción de decisiones en salud pública. Objetivo. Caracterizar los casos notificados de dengue entre el 2009 y el 2013 en el departamento del Valle del Cauca y presentar la metodología para elaborar canales endémicos en el caso del dengue. Materiales y métodos. Se hizo un estudio descriptivo retrospectivo, utilizando la base de datos secundaria de las fichas de notificación, y se caracterizaron los casos de dengue entre el 2009 y el 2013. Se elaboraron dos canales endémicos, uno mediante promedios móviles y el otro con suavización exponencial. Resultados. Se evidenció que la tendencia del dengue en el departamento del Valle del Cauca es positiva, lo que indica que en los últimos cinco años se ha incrementado el número de casos, aunque se observa una variación importante que podría explicarse por el ciclo de tres años que se inicia a partir del primer periodo epidemiológico del año. Conclusión. La elaboración del canal endémico del dengue en el Valle del Cauca evidenció la importancia de aplicar estas metodologías de vigilancia en las situaciones de interés en salud pública. Como se observó en los resultados, hubo años en los que el número de casos fue muy bajo y otros en los que la epidemia alcanzó cifras muy elevadas.","author":[{"dropping-particle":"","family":"Hernández","given":"Mauricio","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Arboleda","given":"Diana","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Arce","given":"Stephania","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Benavides","given":"Allan","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Tejada","given":"Paola Andrea","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Ramírez","given":"Sindy Vanessa","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Cubides","given":"Ángela","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"Biomédica","id":"ITEM-2","issued":{"date-parts":[["2015","12","7"]]},"page":"98","title":"Metodología para la elaboración de canales endémicos y tendencia de la notificación del dengue, Valle del Cauca, Colombia, 2009-2013","type":"article-journal","volume":"36"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=fdd278ab-b47b-43f7-b01a-78c2d5d28168"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [6,7]","plainTextFormattedCitation":" [6,7]","previouslyFormattedCitation":" [6,7]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [6,7]. Durante 2020 se notificaron un incremento en los casos de malaria (81 363) asociado a las alteraciones en la prestación de servicios debido a la pandemia COVID-19, siendo 98,6 % casos de malaria no complicada, y el 1,4 % clasificado como malaria complicada. Prevaleció la infección especies parasitarias circulantes en el país por P. vivax con el 49,7 % de la notificación (40 417 casos), seguido de la infección por P. falciparum con el 49,5 % (40 253 casos) y, por último, la infección mixta con el 0,9 % (693 casos)ADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"abstract":"1. OBJETIVOS DE LA VIGILANCIA EN SALUD PÚBLICA 1.1. Objetivo general Identificar el comportamiento epidemiológico de la enfermedad de Chagas para establecer medidas de promoción, prevención y control del evento. 1.2. Objetivos específicos • Establecer y fortalecer el sistema de notificación en todos los casos de la enfermedad de Chagas configurados en el presente protocolo para el territorio nacional. • Establecer y mantener actualizado el sistema de información y el análisis de los datos. • Definir y ejecutar estrategias de intervención operativa (inmediata) en los casos agudos, para eliminar los focos, establecer mecanismos de transmisión e identificar la presencia de brotes. • Identificar los principales factores de riesgo involucrados en la transmisión para orientar las estrategias de promoción, prevención y control. • Orientar al paciente hacia los diferentes niveles de atención en el sistema de salud para garantizar el acceso al tratamiento y al manejo de las complicaciones derivadas del mismo y de la enfermedad. • Disminuir la morbi-mortalidad de la enfermedad por medio de la detección temprana y tratamiento etiológico oportuno de casos humanos. 1.2.1. De la vigilancia y control vectorial • Implementar la vigilancia entomológica para establecer focos de infestación por triatominos y la infección por T. cruzi en poblaciones rurales y urbanas y definir factores de riesgo relacionados con los diferentes ecotopos de transmisión. • Interrumpir la transmisión de T. cruzi en áreas en donde existen vectores domiciliados o peri domésticos. • Investigar la susceptibilidad de diferentes especies de triatominos a insecticidas piretroides • Desarrollar metodología de control para vectores no domiciliados. 1.2.2. De la vigilancia serológica de T. cruzi. • Realizar la vigilancia serológica a través del análisis periódico de la seroprevalencia de infección por T. cruzi reportada por los Laboratorios de la Red nacional (bancos de Sangre, órganos y sus respectivas redes), con el fin de interrumpir la transmisión transfusional y por trasplantes.","author":[{"dropping-particle":"","family":"Ministerio de la Protección Social de Colombia","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Instituto Nacional de Salud","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"OPS","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2011"]]},"number-of-pages":"1-25","title":"Guía protocolo para la vigilancia en salud pública de malaria","type":"report"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=e09b3c1b-60fb-4d07-a6cf-a673f68a4546"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [8]","plainTextFormattedCitation":" [8]","previouslyFormattedCitation":" [8]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [8]. Cabe señalar que aun cuando la tasa de mortalidad por malaria en el país se ha reducido al 70% desde 2010ADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"DOI":"10.1787/8d22b645-en","author":[{"dropping-particle":"","family":"Instituto Nacional de Salud","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""},{"dropping-particle":"","family":"Ministerio de Salud","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2020"]]},"title":"Malaria 2020","type":"report"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=78f5b21f-e3e2-4f35-ab00-793c8c1145c2"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [9]","plainTextFormattedCitation":" [9]","previouslyFormattedCitation":" [9]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [9], las estadísticas continúan siendo alarmantes, dado que esta enfermedad es catalogada como prevenible y curable, que se vigila periódicamente, y que se confronta con lineamientos bien definidos establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS).   En el marco de la Estrategia técnica mundial contra la malaria 2016 - 2030, en el país se ha implementado la Iniciativa Regional para la Eliminación de la Malaria (IREM) que contempla la estrategia DTI-R (Detección, Diagnóstico, Tratamiento, Investigación y Respuesta) que promueve un diagnóstico y tratamiento oportuno con el uso de nuevas tecnologías, así como la introducción y la adherencia de nuevos esquemas de tratamiento en la vigilancia de la salud públicaADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"abstract":"guia de atencion clinica integral del paciente con malaria","author":[{"dropping-particle":"","family":"Ministerio de Protección Social - República de Colombia","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"id":"ITEM-1","issued":{"date-parts":[["2010"]]},"publisher-place":"Colombia","title":"Guia para la atención clínica integral del paciente con malaria","type":"report"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=e3635306-3579-4de5-ad04-236a58bdc7e0"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [10]","plainTextFormattedCitation":" [10]","previouslyFormattedCitation":" [10]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [10]. Dentro de los lineamientos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el método “estándar de oro” para el diagnóstico de la malaria consiste en el análisis por microscopía óptica de la muestra de sangre, en los métodos de extendido de sangre periférica (thin blood smears) y de gota gruesa (thick blood smears)ADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"ISBN":"978 92 4 354782 4 (Parte 1)","abstract":"Los microscopistas son imprescindibles para los programas de lucha contra el paludismo, y de sus aptitudes técnicas y diagnósticas dependen tanto los servicios curativos como la vigilancia de la enfermedad. Por consiguiente, se necesita una formación sólida en materia de diagnóstico microscópico del paludismo, acorde con los altos niveles exigidos hoy día. Este módulo de formación ha sido adaptado a los cambios que han sufrido el diagnóstico y el tratamiento del paludismo. El manual se divide en dos partes: una guía del alumno (Parte I) y una guía del instructor (Parte II). El módulo incluye un CD-ROM preparado por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de los Estados Unidos de América que contiene microfotografías de diferentes especies de plasmodios, así como información técnica en formato PowerPoint que se puede presentar durante las sesiones de formación y a la que pueden acudir los participantes. Se presta especial atención a la enseñanza y el aprendizaje, y en particular a la monitorización y evaluación de las personas y los grupos durante la formación. La guía del alumno (Bases del diagnóstico microscópico del paludismo, Parte I) ayudará a los participantes en el curso sobre el diagnóstico microscópico del paludismo humano. Diseñada como la base para una formación formal de 4 a 5 semanas de duración, la guía se destina a participantes con conocimientos científicos muy elementales. Esta segunda edición de Bases del diagnóstico microscópico del paludismo es un producto autónomo que contiene todo lo necesario para llevar a cabo un curso completo. Ha sido compilada por John Storey, teniendo en cuenta las aportaciones de muy diversos profesionales y expertos que han utilizado la primera edición de la obra, publicada por la OMS en 1991. Sigue estando ilustrada con las bellas y fieles acuarelas hechas para la primera edición del manual por el difunto Yap Loy Fong. La experiencia ha demostrado que los dibujos en color son mejores para enseñar a los alumnos a reconocer los estadios y las especies del parásito porque las ilustraciones bidimensionales los ayudan a extrapolar lo que ven al microscopio, en varios planos focales, para obtener una visión completa del parásito. Posteriormente podrán pasar de los dibujos a las microfotografías, que también harán su aportación didáctica. El curso se verá reforzado si también se le ofrecen a los alumnos copias de la publicación de la OMS titulada Medios auxiliares para el diagnóstico microscópi…","author":[{"dropping-particle":"","family":"Organización Mundial de la Salud","given":"","non-dropping-particle":"","parse-names":false,"suffix":""}],"container-title":"Biblioteca de la OMS","id":"ITEM-1","issue":"1","issued":{"date-parts":[["2014"]]},"page":"345-400","title":"Bases del diagnostico de paludismo","type":"chapter","volume":"25"},"uris":["http://www.mendeley.com/documents/?uuid=3a39d82d-0bff-4d69-a6f9-24acf7a4d0de"]}],"mendeley":{"formattedCitation":" [11]","plainTextFormattedCitation":" [11]","previouslyFormattedCitation":" [11]"},"properties":{"noteIndex":0},"schema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/master/csl-citation.json"} [11]. Estos métodos presentan ventajas significativas respecto a otros métodos de detección y Pruebas de Diagnóstico Rápido (PDR), ya que requieren únicamente el uso de un microscopio óptico con un lente objetivo de 100X, y el análisis visual tanto de la densidad parasitaria como de la morfología del parásito por parte de un microscopista especialista, lo que las hace relativamente económicas, de alta especificidad, permiten la diferenciación de estadios y especies parasitarias, y hacer seguimiento postratamientoADDIN CSL_CITATION {"citationItems":[{"id":"ITEM-1","itemData":{"ISBN":"978 92 4 354782 4 (Parte 1)","abstract":"Los microscopistas son imprescindibles para los programas de lucha contra el paludismo, y de sus aptitudes técnicas y diagnósticas dependen tanto los servicios curativos como la vigilancia de la enfermedad. Por consiguiente, se necesita una formación sólida en materia de diagnóstico microscópico del paludismo, acorde con los altos niveles exigidos hoy día. 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Sin embargo, estos métodos microscópicos no son suficientemente sensibles a bajas parasitemias (