Desarrollo de un clasificador de imágenes web de radiografías de antebrazo pediátricas mediante visión por computadora

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Title: Desarrollo de un clasificador de imágenes web de radiografías de antebrazo pediátricas mediante visión por computadora
Authors: Real Morales, Ronny Santiago
Advisor: Romero Mejía, Luis Geovanny
Abstract: Distal forearm fractures in the pediatric population were among the most prevalent injuries treated in emergency settings, particularly in children aged 10 to 14 years. Accurate diagnosis proved challenging due to anatomical factors inherent to skeletal development, such as the presence of non-ossified cartilage, active growth plates, and morphological variability according to age. These conditions hindered conventional radiographic interpretation and increased the risk of underdetection for fracture patterns such as greenstick, torus, and epiphyseal lesions. In response to this diagnostic challenge, an artificial intelligence-assisted approach was proposed to improve the accuracy and efficiency of fracture identification in pediatric radiological images. Using the GRAZPEDWRI-DX dataset, composed of over 20,000 pediatric forearm radiographs with clinical annotations, three convolutional neural network models—Faster R-CNN, MobileNetV3, and YOLOv8m—were trained and validated. Evaluation was conducted using metrics such as precision, sensitivity, and mAP@0.5, with YOLOv8m selected based on its superior performance (mAP@0.5 = 0.62) and real-time inference speed (≤ 50 ms per image). The model was integrated into a modular web-based platform that enabled secure image upload, automated processing, and interactive visualization of diagnostic results through bounding boxes. The system achieved an average end-to-end latency of 575 ms and demonstrated high reliability in detecting fractures across the most representative clinical classes. Its anchor-free architecture, combined with deep learning techniques, highlighted the potential of artificial intelligence as a complementary tool in pediatric radiology. The developed platform provided a scalable and replicable solution to support orthopedic diagnostics in clinical environments with limited resources and high patient demand.
Translated abstract: Las fracturas distales del antebrazo en población pediátrica fueron una de las lesiones más prevalentes en el ámbito de urgencias, especialmente en niños de 10 a 14 años. Su diagnostico oportuno resultó complejo debido a factores anatómicos propios del desarrollo, como la presencia de cartílago no osificado, placas epifisarias en crecimiento y la variabilidad morfológica según la edad. Estas condiciones dificultaron la interpretación radiológica convencional, incrementando el riesgo de subdetección de lesiones como fracturas en tallo verde, torus o epifisarias. Ante esta problemática, se planteo un enfoque asistido por inteligencia artificial que permitió facilitar la identificación precisa y rápida de fracturas en imágenes radiológicas pediátricas. Con el conjunto de datos GRAZPEDWRI-DX, compuesto por más de 20,000 radiografías con anotaciones clínicas, se entrenaron y validaron tres modelos de redes neuronales convoluciones: Faster R-CNN, MobileNetV3 y YOLOv8m. La evaluación se llevó a cabo mediante métricas como precisión, sensibilidad y mAP@0.5, seleccionándose finalmente YOLOv8m por su rendimiento superior (mAP@0.5 = 0.62) y su velocidad de inferencia (≤ 50 ms por imagen). La arquitectura desarrollada se integró en una interfaz web con arquitectura modular, que permitió la carga segura de imágenes médicas, procesamiento automático y visualización interactiva de resultados mediante cuadros delimitadores. El sistema alcanzó una latencia promedio de 575 ms en todo el flujo operativo y mostró alta fiabilidad en la detección de fracturas en clases mayoritarias. Su estructura anchor-free y técnicas de aprendizaje profundo aplicadas evidenciaron el potencial de la inteligencia artificial como recurso auxiliar en radiología pediátrica. La plataforma desarrollada ofreció una solución escalable y replicable para apoyar el diagnóstico ortopédico infantil en entornos clínicos con recursos limitados y alta demanda asistencial.
Keywords: BIOMEDICINA
RADIOLOGÍA PEDIÁTRICA
INTELIGENCIA ARTIFICIAL
GRAZPEDWRI-DX.
Issue Date: 2025
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/31621
Language: spa
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