Characterization of brain development in preterm children using ultrasound images

Abstract

El període més important per al desenvolupament del cervell humà és la fase fetal. Durant aquest període de quaranta setmanes, es produeixen canvis morfològics importants al cervell humà, incloent un enorme augment de la superfície cerebral després del desenvolupament dels solcs i circumvolucions. En els nadons prematurs, aquests canvis es produeixen en un entorn extrauterí i s’ha demostrat un deteriorament del desenvolupament cerebral en aquesta població a una edat equivalent al terme. Un atles normalitzat de maduració cerebral amb ultrasons cerebrals pot permetre als clínics avaluar aquests canvis setmanalment des del naixement fins a una edat equivalent al terme. Basat en les imatges dels diferents nadons proporcionats per dos investigadors clínics, aquest estudi proposa una aplicació web implementada amb Python i les seves diferents biblioteques, inclòs Dash, i accessible a través de Docker que permet accedir directament a l’aplicació dissenyada i a la seva base de dades. D’aquesta manera, es proporciona una eina que permet fer una primera definició de les diferents ranures manualment per passar-les finalment per un algorisme amb l’objectiu de millorar la precisió i poder exportar tant la imatge com les coordenades que se n’obtenen.

El período más importante para el desarrollo del cerebro humano es la fase fetal. Durante este período de cuarenta semanas, se producen importantes cambios morfológicos en el cerebro humano, incluido un gran aumento en la superficie del cerebro a raíz del desarrollo de surcos y circunvoluciones. En los recién nacidos prematuros, estos cambios se producen en un entorno extrauterino y se ha demostrado un deterioro del desarrollo cerebral en esta población a la edad equivalente a término. Un atlas normalizado de maduración cerebral con ecografía cerebral puede permitir a los médicos evaluar estos cambios semanalmente desde el nacimiento hasta la edad equivalente a término. A partir de las imágenes de los diferentes bebés proporcionados por dos investigadores clínicos, este estudio propone una aplicación web implementada con Python y sus diferentes bibliotecas, incluida Dash, y accesible a través de Docker que permite el acceso directo a la aplicación diseñada y su base de datos. De esta forma, se proporciona una herramienta que permite realizar una primera definición de las diferentes ranuras de forma manual para finalmente pasarlas por un algoritmo con el objetivo de mejorar la precisión y poder exportar tanto la imagen como las coordenadas obtenidas de la misma.

The most important period for human’s brain development is the fetal phase. During these forty weeks period, important morphological changes take place in the human brain, including a huge increase in the brain surface following the development of sulci and gyri. In preterm newborns these changes occur in an extrauterine environment, and an impaired brain development has been shown in this population at term equivalent age. A normalized atlas of brain maturation with cerebral ultrasound may allow the clinicians to assess these changes weekly from birth to term equivalent age. Based on the images of the different babies provided by two clinical researchers, this study proposes a web application implemented with python and its different libraries, including Dash, and accessible through docker that allows direct access to the designed app and its database. In this way, a tool is provided that allows a first definition of the different grooves to be made manually to finally pass them through an algorithm with the aim of improving precision and being able to export both the image and the coordinates obtained from it.