Clasificación automática de la severidad de la retinopatía diabética mediante técnicas de Deep Learning

La retinopatía diabética (RD) es una de las principales enfermedades crónicas discapacitantes y una de las principales causas de ceguera y discapacidad visual en los países desarrollados. Los estudios indican que el 90% de los casos pueden prevenirse mediante la detección precoz y el tratamiento adecuado. Los médicos utilizan el cribado ocular mediante imágenes de la retina para detectar las lesiones relacionadas con esta enfermedad en exámenes oftalmológicos periódicos. Debido al creciente número de personas diabéticas, la cantidad de imágenes que los oftalmólogos especialistas han de analizar manualmente se está volviendo inasequible. Además, la formación de nuevo personal para este tipo de diagnóstico basado en imágenes es larga, ya que requiere adquirir experiencia mediante la práctica diaria. En este trabajo se propone el desarrollo y evaluación de un método automático para la clasificación del grado de severidad de la RD basado en el análisis de retinografías. Dicho método permitiría identificar las imágenes que muestren signos de RD y determinar qué imágenes pertenecen a pacientes que deban ser derivados a atención especializada de forma preferente u ordinaria, según el estadio de gravedad detectado por el sistema. Para este fin, se ha empleado como clasificador una red neuronal profunda combinada con diferentes técnicas de deep learning tales como data augmentation, dropout, transfer learning y fine tuning. El método se evaluó en la base de datos pública de retinografías APTOS-2019, en tres escenarios diferentes: clasificación de la RD en cinco grados de severidad (sano, RD no proliferativa leve, RD no proliferativa moderada, RD no proliferativa severa y RD proliferativa), detección de la presencia de la RD (clasificación en sano vs RD) y clasificación en casos derivables vs no derivables. Estos escenarios se abordan habitualmente en los trabajos existentes sobre el diagnóstico de la RD. En el escenario de clasificación multiclase se ha obtenido un coeficiente kappa de 0.919, una especificidad de 96.31%, un Area Under Curve (AUC) de 0.93 y una precisión de 94.10%. Para el caso de la detección de la presencia de la RD se ha obtenido un coeficiente kappa de 0.978, una sensibilidad de 97.99%, una especificidad de 100%, un AUC de 1 y una precisión de 98.91%. Finalmente, en la detección de los casos derivables y no derivables se ha conseguido un coeficiente kappa de 0.811, una sensibilidad de 85.15%, una especificidad del 100%, un AUC de 0.97 y una precisión de 90.71%. Además, como los resultados proporcionados por los modelos basados en deep learning son difíciles de interpretar, se ha incluido un análisis de los resultados utilizando técnicas de Explainable Artificial Intelligence (XAI). En concreto, se ha utilizado SHapley Additive exPlanations (SHAP). Los resultados obtenidos permiten comprobar que es posible tanto la detección y clasificación de la RD en casos derivables y no derivables como la clasificación automática de la severidad de la RD mediante el análisis de retinografías de pacientes diabéticos. El método propuesto, por tanto, permitiría acortar el tiempo de obtención de un diagnóstico, reducir la carga de trabajo de los expertos oftalmólogos y, como consecuencia, los costes económicos asociados al tratamiento de la RD. Además, el modelo está diseñado de tal forma que se puede generalizar su posible aplicación a otros tipos de imágenes médicas y dominios de clasificación.Diabetic retinopathy (DR) is a major chronic disabling disease and a leading cause of blindness and visual impairment in developed countries. Studies indicate that 90% of cases are preventable through early detection and appropriate treatment. Eye screening using retinal imaging is used by physicians to detect lesions related to DR. Due to the increasing number of diabetic patients, the amount of images that specialist ophthalmologists have to analyse manually is becoming unaffordable. Furthermore, the training of specialists for this type of image-based diagnosis is time-consuming, as it requires gaining experience through daily practice. This work proposes the development and evaluation of an automatic method for the classification of DR severity based on the analysis of fundus images. This method would make it possible to identify images showing signs of DR and to determine which images belong to patients who should be referred to specialised care on a preferential or ordinary basis, depending on the severity detected by the system. For this purpose, a deep neural network was used as a classifier, in combination with different deep learning techniques such as data augmentation, dropout, transfer learning and fine tuning. The method was evaluated on the APTOS-2019 public retinography database in three different scenarios: classification of DR into five severity grades (healthy, mild non-proliferative DR, moderate non-proliferative DR, severe non-proliferative DR and proliferative DR), detection of the presence of DR (classification into healthy vs. DR cases) and classification into referable vs. non-referable cases. These scenarios are commonly addressed in the existing literature related to the diagnosis of DR. In the multiclass classification scenario, a kappa coefficient of 0.919, a specificity of 96.31%, an Area Under Curve (AUC) of 0.93 and an accuracy of 94.10% were obtained. In the case of detecting the presence of DR, a kappa coefficient of 0.978, a sensitivity of 97.99%, a specificity of 100%, an AUC of 1 and an accuracy of 98.91% were obtained. Finally, in the detection of referable and non-referable cases, a kappa coefficient of 0.811, a sensitivity of 85.15%, a specificity of 100%, an AUC of 0.97 and an accuracy of 90.71% were achieved. In addition, as the results provided by deep learning-based models are difficult to interpret, an analysis of the results using Explainable Artificial Intelligence (XAI) techniques has been included. Specifically, SHapley Additive exPlanations (SHAP) have been used. The results obtained show that it is possible both to detect and classify DR in referable and non-referable cases and to automatically classify the severity of DR by analysing retinographs of diabetic patients. The proposed method would therefore shorten the time it takes to obtain a diagnosis, reduce the workload of ophthalmic experts and, as a consequence, the economic costs associated with the treatment of DR. Furthermore, the model is designed in such a way that it can be generalised to other types of medical imaging and classification domains.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería TelemáticaMáster en Ingeniería de Telecomunicació

Un modelo y una metodología para la transformación de ciudades hacia la sostenibilidad

[SPA] La presente Tesis Doctoral plantea un modelo de indicadores y una metodología cuyo objetivo es permitir cuantificar el Grado de Sostenibilidad de diferentes situaciones urbanas y la utilización de dicho parámetro en los procesos habituales de diseño de transformaciones urbanas. Para ello, seguiremos un proceso que combinará dos acercamientos: Por una parte, nos basaremos en la Teoría Matemática de la Sostenibilidad y el Desarrollo Sostenible [Alvira, 2014a], que nos provee las siguientes cuestiones: • Principios generales para la descomposición lógica de la sostenibilidad/estructuración jerárquica del modelo. • Metodología de diseño / formulación matemática de los indicadores de sostenibilidad. • Fórmulas matemáticas para la agregación de los indicadores. • Principios generales para el diseño del modelo orientado a su utilización operativa. Por otra parte, revisaremos las recomendaciones generales más aceptadas para la elaboración de modelos de indicadores, incluyendo las recomendaciones de organismos/entidades más reconocidas. Aunque algunas de estas recomendaciones las aplicaremos durante el proceso de redacción, no siempre lo explicitaremos, considerando que el cumplimiento de las principales recomendaciones para la elaboración de modelos de indicadores no es tanto un requerimiento para la formulación del modelo como una serie de ‘orientaciones’ que nos proveen un marco para su validación a posteriori, lo que detallaremos en las conclusiones y anexos. Combinando ambos acercamientos diseñaremos el modelo operativo, que se complementará con una metodología que permite su utilización en los procesos habituales de conformación de ciudad. La validación de la propuesta la realizaremos en dos niveles: • revisaremos su aplicabilidad, utilizándolo para el diseño de una intervención sobre un ámbito urbano existente: el barrio de palos de Moguer en Madrid. • contrastaremos los valores obtenidos para la dimensión E con la evaluación de la sostenibilidad económica de los países de la UE 28 en el periodo 2005‐2014. Por último, en las conclusiones detallamos las principales diferencias/aportaciones respecto a modelos existentes, así como cuestiones pendientes que avanzamos para su posible desarrollo posterior[ENG] The present Doctoral Thesis proposes an indicators’ model and a methodology whose objective is enabling the quantitative characterization of different urban situations’ Sustainability Degree and the later use of this parameter in usual urban transformations’ design processes. In order to do so, we follow a procedure that combines two approaches: On the one hand, we build on A mathematical theory of Sustainability and Sustainable Development [Alvira, 2014a], which provides us the following matters: • General principles for Sustainability logical decomposition / hierarchical structuring of the model. • Design methodology / mathematical formulation of sustainability indicators. • Mathematical formulas for indicators aggregation. • General principles for the design of an operational model. On the other hand, we review most accepted general recommendations for indicators’ models formulation, including recommendations by more acknowledged organizations / entities. Although some of these recommendations are actually applied during the drafting process we herein undertake, we do not always explicit it, considering that compliance with main recommendations for the development of indicator models is not a requirement for the formulation of the model but 'guidelines' which provide us a framework for its posterior validation, which we detail in the Conclusions and Annexes. Combining both approaches we design an operational model, which is complemented by a methodology that allows its use in the usual processes of city conformation. Later, we validate the proposal in two levels: • We review its applicability, by using the model to confront the design of a hypothetical transformation of existing urban area: the Palos de Moguer neighborhood in Madrid. • We contrast obtained results for the E dimension with the economic evolution of the EU 28 countries during the period 2005‐2014, finding a high similarity with reality. Finally, in the conclusions we detail the main differences / contributions regarding existing models, as well as pending issues that we advance for possible further development.Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de Doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental por la Universidad Politécnica de Cartagen

Actas de las XXXIV Jornadas de Automática

Postprint (published version

XXIII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación - CACIC 2017 : Libro de actas

Trabajos presentados en el XXIII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación (CACIC), celebrado en la ciudad de La Plata los días 9 al 13 de octubre de 2017, organizado por la Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI) y la Facultad de Informática de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP).Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Aproximación al estudio del poder y aplicaciones al proceso de integración europea: una perspectiva económica

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales, Departamento de Estructura Económica y Economía del Desarrollo, 199

Ecologías de aprendizaje en la formación de los futuros maestros

Programa de doctorado en Equidad e Innovación en Educación. 5016V01[Resumen] La presente investigación tiene por principal objetivo describir y analizar, desde la perspectiva de la teoría ecológica del aprendizaje, cómo aprenden los futuros maestros de educación primaria de Galicia en el marco de los nuevos procesos, contextos y tecnologías que al amparo de la denominada Sociedad de la Información y el Conocimiento dejan su impronta en el desarrollo de su identidad y conocimiento docente. Para este fin, se ha procedido a desarrollar una metodología mixta, comenzando con una primera fase cualitativa a través del método Delphi, con la participación de diversos expertos nacionales e internacionales, para dimensionar y establecer los principales componentes de las ecologías de aprendizaje citadas. Sobre esta base de conocimiento, se procedió a la segunda fase de indagación cuantitativa, que comprendió el diseño de un instrumento empírico basado en el método de encuesta para la obtención de datos fiables y válidos sobre los participantes objeto de estudio y, finalmente, la administración del cuestionario elaborado y el posterior análisis estadístico de los datos obtenidos. Los resultados muestran un futuro maestro motivado, activo y dotado de múltiples recursos, que emplea estrategias modernas, especialmente de tipo colaborativo, para aprovechar las oportunidades que le ofrecen no solo los contextos formales tradicionales, sino también los no formales e informales; siendo posible todo ello gracias a sus capacidades de autorregulación y autogestión que le abren camino a otros aprendizajes a lo largo y ancho de la vida. Un mejor aprovechamiento de los recursos online y una apuesta más clara por la creatividad son aspectos, sin embargo, que parecen necesitar de mayor impulso de cara a la mejora de su formación docente[Resumo] A presente investigación ten por principal obxectivo describir e analizar, desde a perspectiva da teoría ecolóxica da aprendizaxe, como aprenden os futuros mestres de educación primaria de Galicia no marco dos novos procesos, contextos e tecnoloxías que ao amparo da denominada Sociedade da Información e do Coñecemento deixan a súa pegada no desenvolvemento da súa identidade e coñecemento docente. Para este fin, procedeuse a desenvolver unha metodoloxía mixta, comezando cunha primeira fase cualitativa a través do método Delphi, coa participación de diversos expertos nacionais e internacionais, para dimensionar e establecer os principais compoñentes das ecoloxías de aprendizaxe citadas. Sobre esta base de coñecemento, procedeuse á segunda fase de indagación cuantitativa, que comprendeu o deseño dun instrumento empírico baseado no método de enquisa para a obtención de datos fiables e válidos sobre os participantes obxecto de estudo e, finalmente, a administración do cuestionario elaborado e a posterior análise estatística dos datos obtidos. Os resultados mostran un futuro mestre motivado, activo e dotado de múltiples recursos, que emprega estratexias modernas, especialmente de tipo colaborativo, para aproveitar as oportunidades que lle ofrecen non só os contextos formais tradicionais, senón tamén os non formais e informais; sendo posible todo iso grazas ás súas capacidades de autorregulación e autoxestión que lle abren camiño a outras aprendizaxes ao longo e ancho da vida. Un mellor aproveitamento dos recursos online e unha aposta máis clara pola creatividade son aspectos, con todo, que parecen necesitar de maior impulso para a mellora da súa formación docente.[Abstract The main objective of this research is to describe and analyze, from the perspective of the ecological theory of learning, how future primary school teachers in Galicia learn in the framework of new processes, contexts and technologies that brought about the so-called Information Society and Knowledge, and that leave their mark on the development of their knowledge and teaching identity. To this end, it has been developed a mixed methodology, beginning with a first qualitative phase through the Delphi method, with the participation of various national and international experts, to dimension and establish the main components of the mentioned learning ecologies. On this knowledge base, research continued to the second phase, of quantitative inquiry, which included the elaboration of an survey for obtaining reliable and valid data on the subjects of our study, and, finally, the administration of the questionnaire prepared and the subsequent statistical analysis of the data obtained.The results show a future teacher motivated, active and provided with multiple resources, which uses modern strategies, especially collaborative ones, to take advantage of the opportunities offered not only by traditional formal contexts but also by non-formal and informal ones. All of this is possible thanks to his self-regulation and self-management capabilities that paves the way for gaining other skills lifelong and life-wide. However, better use of online resources and a more definite commitment to creativity are aspects that seem to need more impulse for improving his training

Cosmografía o Elementos de Astronomía

Es posible que el presente libro impresione como algo excesivo por su contenido, sobre todo si se le compara con los textos corrientes de la asignatura, dedicados a la segunda enseñanza. Hemos tratado efectivamente con cierta extensión — pero siempre en forma elemental — la parte correspondiente a la astronomía estelar, pues nuestra experiencia en la cátedra nos ha mostrado que todo lo concerniente a estrellas y nebulosas apasiona realmente a los jóvenes estudiantes. Entre ellos, algunos se conforman con los resultados escuetos obtenidos por los astrónomos en sus pacientes búsquedas, pero los más, desean saber como se puede llegar a la conquista de aquellos resultados asombrosos que excitan fuertemente su imaginación. Tales, por ejemplo, los datos concernientes a las fantásticas densidades de las “enanas blancas” y la determinación de las distancias y velocidades de alejamiento de las nebulosas extragalácticas. Cuando nuestros alumnos llegan a entrever la posibilidad de que toda nuestra Galaxia sea una nebulosa espiral entre otros muchos millones de nebulosas de esa especie, distantes en millones de años luz, las unas de las otras; cuando comprenden que nuestro Sol es tan sólo una simple estrellita de los miles de millones que pululan en la Vía Láctea, y que nuestra Tierra es un minúsculo punto del cortejo del Sol, no se sienten deprimidos, como podría creerse, ante la peque- ñez del hombre, sino que por el contrario admiran la grandeza de su espíritu que tiene la osadía de lanzarse a la conquista de los espacios intersiderales. Y cuando con nuestros alumnos, tratamos de seguir en la corriente del tiempo la evolución de las estrellas y nos perdemos con ellos y con los sabios que nos sirven de guía en los torbellinos de la nebulosa de Laplace o en la romántica historia de la estrella perdida de Jeans que, en una especie de idilio cósmico, habría engendrado a nuestro sistema planetario, notamos que todos ellos se sienten embargados por la intensa emoción intelectual, de vivir por un instante, la sin par aventura del pensamiento científico moderno. Hacer posible la vivencia por parte de los alumnos de ese pensamiento, mostrando la estructura del conocer científico, ha sido el norte que nos ha guiado al escribir este libro.Responde a los programas de enseñanza media de la Argentina y demás países de Sud América.Facultad de Ciencias Exacta

Cosmografía o Elementos de Astronomía

Es posible que el presente libro impresione como algo excesivo por su contenido, sobre todo si se le compara con los textos corrientes de la asignatura, dedicados a la segunda enseñanza. Hemos tratado efectivamente con cierta extensión — pero siempre en forma elemental — la parte correspondiente a la astronomía estelar, pues nuestra experiencia en la cátedra nos ha mostrado que todo lo concerniente a estrellas y nebulosas apasiona realmente a los jóvenes estudiantes. Entre ellos, algunos se conforman con los resultados escuetos obtenidos por los astrónomos en sus pacientes búsquedas, pero los más, desean saber como se puede llegar a la conquista de aquellos resultados asombrosos que excitan fuertemente su imaginación. Tales, por ejemplo, los datos concernientes a las fantásticas densidades de las “enanas blancas” y la determinación de las distancias y velocidades de alejamiento de las nebulosas extragalácticas. Cuando nuestros alumnos llegan a entrever la posibilidad de que toda nuestra Galaxia sea una nebulosa espiral entre otros muchos millones de nebulosas de esa especie, distantes en millones de años luz, las unas de las otras; cuando comprenden que nuestro Sol es tan sólo una simple estrellita de los miles de millones que pululan en la Vía Láctea, y que nuestra Tierra es un minúsculo punto del cortejo del Sol, no se sienten deprimidos, como podría creerse, ante la peque- ñez del hombre, sino que por el contrario admiran la grandeza de su espíritu que tiene la osadía de lanzarse a la conquista de los espacios intersiderales. Y cuando con nuestros alumnos, tratamos de seguir en la corriente del tiempo la evolución de las estrellas y nos perdemos con ellos y con los sabios que nos sirven de guía en los torbellinos de la nebulosa de Laplace o en la romántica historia de la estrella perdida de Jeans que, en una especie de idilio cósmico, habría engendrado a nuestro sistema planetario, notamos que todos ellos se sienten embargados por la intensa emoción intelectual, de vivir por un instante, la sin par aventura del pensamiento científico moderno. Hacer posible la vivencia por parte de los alumnos de ese pensamiento, mostrando la estructura del conocer científico, ha sido el norte que nos ha guiado al escribir este libro.Responde a los programas de enseñanza media de la Argentina y demás países de Sud América.Facultad de Ciencias Exacta

Cosmografía o Elementos de Astronomía

Es posible que el presente libro impresione como algo excesivo por su contenido, sobre todo si se le compara con los textos corrientes de la asignatura, dedicados a la segunda enseñanza. Hemos tratado efectivamente con cierta extensión — pero siempre en forma elemental — la parte correspondiente a la astronomía estelar, pues nuestra experiencia en la cátedra nos ha mostrado que todo lo concerniente a estrellas y nebulosas apasiona realmente a los jóvenes estudiantes. Entre ellos, algunos se conforman con los resultados escuetos obtenidos por los astrónomos en sus pacientes búsquedas, pero los más, desean saber como se puede llegar a la conquista de aquellos resultados asombrosos que excitan fuertemente su imaginación. Tales, por ejemplo, los datos concernientes a las fantásticas densidades de las “enanas blancas” y la determinación de las distancias y velocidades de alejamiento de las nebulosas extragalácticas. Cuando nuestros alumnos llegan a entrever la posibilidad de que toda nuestra Galaxia sea una nebulosa espiral entre otros muchos millones de nebulosas de esa especie, distantes en millones de años luz, las unas de las otras; cuando comprenden que nuestro Sol es tan sólo una simple estrellita de los miles de millones que pululan en la Vía Láctea, y que nuestra Tierra es un minúsculo punto del cortejo del Sol, no se sienten deprimidos, como podría creerse, ante la peque- ñez del hombre, sino que por el contrario admiran la grandeza de su espíritu que tiene la osadía de lanzarse a la conquista de los espacios intersiderales. Y cuando con nuestros alumnos, tratamos de seguir en la corriente del tiempo la evolución de las estrellas y nos perdemos con ellos y con los sabios que nos sirven de guía en los torbellinos de la nebulosa de Laplace o en la romántica historia de la estrella perdida de Jeans que, en una especie de idilio cósmico, habría engendrado a nuestro sistema planetario, notamos que todos ellos se sienten embargados por la intensa emoción intelectual, de vivir por un instante, la sin par aventura del pensamiento científico moderno. Hacer posible la vivencia por parte de los alumnos de ese pensamiento, mostrando la estructura del conocer científico, ha sido el norte que nos ha guiado al escribir este libro.Responde a los programas de enseñanza media de la Argentina y demás países de Sud América.Facultad de Ciencias Exacta