Revista Cubana de Ciencias Informáticas

MAC Descriptors in Early Detection of Cervical Cancer Using Image Processing Techniques

RESUMEN El cáncer de cuello uterino cervical (CCU) es un problema de salud pública mundial. Se han logrado avances para mejorar su detección temprana. Sin embargo, en Brasil no han sido suficientes los esfuerzos por reducir los indicadores de mortalidad a causa de esta enfermedad en comparación con los avances de otros países. El objetivo de este estudio es presentar descriptores de las características utilizadas en los cambios asociados a la malignidad (MAC) en células del cuello uterino para la detección precoz del cáncer cervical mediante técnicas de procesamiento de imagen asistido por computador o procesamiento digital de imágenes (DIP). Como resultado, se identificaron los 400 descriptores MAC más utilizados en la literatura y se calculó que su precisión era del 86,94%. Se utilizó un programa informático clasificador de redes de Bayes. Se evidenció el potencial de las tecnologías computacionales en el auxilio del rastreo de CCU en Brasil y países de América Latina.

ABSTRACT Cervical cancer is a global public health problem. Much progress has been made to improve its early detection. Despite Brazil’s efforts to reduce mortality indicators from this disease, they are still not sufficient compared to progress in other countries. The objective of this study is to present descriptors of the characteristics used in Malignity Associated Changes (MAC) in cervical cells for early detection of cervical cancer using Image Processing, Computer-Assisted. As a result, the 400 most used MAC descriptors were identified and their accuracy was calculated to be 86,94%. A naive Bayes net classifier was used. The potential of computational tracking technologies that can assist in the early identification of cervical cell anomalies and improve CCU tracking capabilities in Brazil and Latin American countries was evidenced.

Noise reduction in SPECT images using the DCRG-PPXA method of Total Variation

RESUMEN La calidad de la imagen y los diagnósticos médicos se ven afectados por la presencia del ruido. En esta investigación se presenta un método basado en variación total para la reducción del ruido en imágenes SPECT. Para el estudio se utilizó el maniquí de Jaszczak del cual se obtuvieron cortes tomográficos que fueron procesados por el método. Para comprobar la calidad de las imágenes obtenidas se emplearon métricas objetivas de calidad de imagen (SNR, C, CNR y MTF). Se obtuvo que DCRG-PPXA reduce ruido en las imágenes conservando un alto contraste y resolución espacial, logrando una buena relación de compromiso con la cantidad de ruido eliminada.

ABSTRACT It is necessary to continue research in the field of noise reduction in Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) images. Image quality and medical diagnoses are affected by the presence of noise. In this investigation a method based on total variation for noise reduction in SPECT images is presented. For the study, the Jaszczak phantom was used for the tomographic sections and the processing of the method. Objective image quality metrics were used to check the quality of the images obtained (SNR, C, CNR and MTF). It was obtained that DCRG-PPXA reduces noise in the images while preserving a high contrast and spatial resolution, achieving a good compromise relationship with the amount of noise eliminated.

Web map viewer in risk management and adaptation to climate change

RESUMEN El intercambio de información a través de herramientas tecnológicas, domina la comunicación en la actualidad. Vivimos en un momento del desarrollo donde el compartir alcanza gran relevancia, de aquí, la necesidad de imprimir celeridad al conocimiento e implementación de resultados de los estudios de peligro, vulnerabilidad y riesgo. El objetivo del trabajo consistió en desplegar, en un visor de mapas web activo, los principales resultados de los Estudios de Peligro Vulnerabilidad y Riesgos y otros necesarios para la gestión de riesgos y adaptación al cambio climático en la provincia de Villa Clara. Se ha utilizado como vía para la socialización de información, el formato de mapas web, desplegados en un visor de mapas de la Plataforma Idevida. Los resultados obtenidos permiten acelerar y optimizar la difusión de datos sobre peligros, vulnerabilidades y riesgos a los que está expuesto cada territorio y facilitar el proceso de planificación, regulación ambiental, gestión de riesgos y toma de decisiones. El procedimiento garantiza al usuario común y especializado, inmediatez de la información, con la ventaja añadida de operar con herramientas de SIG WEB en la gestión de riesgos de desastres a nivel local.

ABSTRACT The exchange of information through technological tools dominates communication today. We live in a moment of development where sharing is highly relevant, hence the need to speed up knowledge and implementation of the results of hazard, vulnerability and risk studies. The objective of the work consisted of displaying, in an active web map viewer, the main results of the Hazard, Vulnerability and Risks Studies and others necessary for risk management and adaptation to climate change in the province of Villa Clara. The web map format, displayed in a map viewer of the Idevida Platform, has been used as a way to socialize information. The results obtained make it possible to accelerate and optimize the dissemination of data on hazards, vulnerabilities and risks to which each territory is exposed and facilitate the process of planning, environmental regulation, risk management and decision-making. The procedure guarantees the common and specialized user, immediacy of the information, with the added advantage of operating with WEB GIS tools in disaster risk management at the local level.

Opportunities for improvement to the process and product quality assurance process

RESUMEN El análisis sistemático a la bibliografía permite identificar que un enfoque de calidad hacia el aseguramiento de la calidad de los procesos y productos de trabajo aporta ventajas significativas respecto a la madurez de la organización, no obstante, requiere de la institucionalización de buenas prácticas, que son difíciles de abordar. El aseguramiento de la calidad de los procesos y productos se recoge en varios modelos, normas y guías para la definición del proceso, las actividades, los roles, los productos de trabajos y demás componentes de un proceso, que estos varían en dependencia del contexto y las actividades pueden ejecutarse de manera: iterativa, superpuestas, combinadas, concurrentes y/o se omiten. En la presente investigación se analizan las propuestas del CMMI-DEV versión 1.3, MPS. Br, la Resolución 124 de la Gaceta Oficial de la República de Cuba -No. 45 del 4 julio del 2019 y el MCDAI con el objetivo de identificar las oportunidades de mejora de los procesos en la Actividad Productiva de la Universidad de las Ciencias Informáticas. Se analizan estudios similares realizados en los últimos 10 años y se identifican las principales mejoras en la inclusión del análisis de los riesgos en el proyecto y los relativos al área de proceso PPQA, de las acciones sobre las causas de las no conformidades, de la severidad de las no conformidades más alineado con el seguimiento de estas y la utilidad de los procesos y productos de trabajo.

ABSTRACT The systematic analysis of the bibliography allows us to identify that a quality approach towards the assurance of the quality of the processes and work products provides significant advantages concerning the organization's maturity; however, it requires the institutionalization of good practices, which are difficult to approach. The quality assurance of processes and products is included in various models, standards, and guides for the definition of the process, activities, roles, work products, and other components of a process, which vary depending on the context and the activities that can be executed in a way: iterative, overlapping, combined, concurrent, and/or omitted. Within this investigation the proposals of the CMMI-DEV version 1.3, MPS are analyzed. Br, Resolution 124 of the Official Gazette of the Republic of Cuba -No. 45 of July 4, 2019, and the MCDAI to identify opportunities for improvement of processes in Productive Activity of the University of Computer Sciences. Similar studies carried out in the last ten years are analyzed. Also, the main improvements are identified in the inclusion of the analysis of risks in the project and those related to the PPQA process area, actions on the causes of non-conformities, the severity of non-conformities more aligned with the monitoring of these, and the usefulness of the processes and work products.

Experimental determination of the influence of the reformulation of the RAP problem on its computational efficiency

RESUMEN El problema de agregación de rankings (RAP, por sus siglas en inglés) busca encontrar un ranking que resuma un conjunto de ellos. Actualmente, el razonamiento sobre la base de ordenamientos o rankings ha ganado atención debido al gran número de aplicaciones para solucionar problemas de toma de decisiones y más recientemente, en informática, estadística, algebra lineal y optimización, la biología computacional entre muchas otras. Dentro del contexto de RAP se encuentra el Problema del Ranking de Kemeny (KRP), donde todos los rankings de entrada son una permutación. El KRP es NP-duro, sin embargo, existe una formulación donde, a través del método de Programación Lineal Entera (PLE) se le puede dar solución al problema. Como la eficiencia del método de PLE está dada por la cantidad de variables y restricciones, se obtuvo una reformulación del problema que permite reducir ambas dimensiones. En el presente trabajo se demuestra como la reformulación del RAP permite resolver con el mismo software instancias mayores y de resolver las mismas en menos tiempo.

ABSTRACT The Rank Aggregation Problem (RAP) search for a ranking that summarizes a set of them. Currently, the reasoning based on rankings has gained great attention due to the large number of applications to solve decision-making problems and more recently, in computer science, statistics, linear algebra and optimization, computational biology among many others. A particular case of RAP is the Kemeny Ranking Problem (KRP), where all entry rankings are a permutation. The KRP is NP-hard, however, there is a formulation where, through the method of Integer Linear Programming (PLE), the problem can be solved. As the efficiency of the PLE method is given by the number of variables and restrictions, a reformulation of the problem was obtained that allows both dimensions to be reduced. In the present work it is demonstrated how the reformulation of the RAP allows to solve with the same software major instances and to solve them in less time.

Spoken language identification for short utterance with transfer learning

RESUMEN En el presente trabajo se abordó el reconocimiento automático del idioma hablado en señales de corta duración, empleando una red neuronal convolucional pre-entrenada sobre un conjunto de imágenes. Partiendo del conocimiento transferido del dominio de imágenes reales a la clasificación de tareas sobre audio, se evaluó el impacto del aprendizaje multitarea tomando el reconocimiento de idioma como tarea principal y el reconocimiento del locutor como tarea auxiliar. Los experimentos se llevaron a cabo sobre un subconjunto del corpus Voxforge, y con una cantidad de señal significativamente menor a las empleadas por sistemas análogos de referencia. La evaluación se realizó sobre espectrogramas conformados con 3 segundos de señal. Los resultados arrojan que el reconocimiento del idioma hablado se beneficia del aprendizaje multitarea al usar como tarea auxiliar la identidad del locutor.

ABSTRACT In the present work, spoken language recognition in short utterances was addressed using a convolutional neural network pre-trained on a set of images. Starting from the knowledge transferred from the domain of real images to the audio classification tasks, we assess the impact of multitask learning, taking language recognition as the main task and speaker recognition as auxiliary task. The experiments were carried out on a subset of the Voxforge corpus, and with a significantly lower amount of signals than those used by analog reference systems. The evaluation was done over spectrograms conformed with 3 seconds signal. The results show that the spoken language recognition task benefits from multitasking learning by using the identity of the speaker as an auxiliary task.

Solution based on free software tools for the implementation of online teleworking in Cuban companies

RESUMEN En la actualidad la adopción del teletrabajo constituye un tema de interés para empresas y negocios. Sin embargo, su utilización en países en desarrollo como Cuba es incipiente debido fundamentalmente a restricciones económicas y tecnológicas que dificultan su implementación. El objetivo de esta investigación consiste en desarrollar una solución para implementar el teletrabajo online en empresas cubanas mediante el uso de herramientas de software libre. Se emplearon como métodos científicos el analítico sintético, el histórico lógico, la triangulación teórica y el método experimental. Para validar la propuesta de solución se realizaron pruebas de rendimiento y de seguridad en el ambiente real de una mediana empresa agroindustrial cubana mediante las herramientas Wireshark, nmap, hping3, hydra, iPerf3 y el comando PING. Los resultados obtenidos evidenciaron que la solución garantiza el acceso remoto de los teletrabajadores a las aplicaciones digitales de la empresa de manera segura y con índices de rendimiento aceptables en correspondencia con los limitados recursos tecnológicos de la organización.

ABSTRACT Nowadays the adoption of teleworking is a topic of interest for companies and businesses. However, its use in developing countries such as Cuba is incipient mainly due to economic and technological restrictions that hinder its implementation. The objective of this research is to develop a solution to implement online teleworking in Cuban companies through the use of free software tools. The scientific methods used were the synthetic analytical, the historical logical, the theoretical triangulation and the experimental method. Performance and security tests were realized to validate the proposed solution in the real environment of a medium-sized Cuban agribusiness company using the tools Wireshark, nmap, hping3, hydra, iPerf3 and the PING command. The results obtained showed that the solution guarantees the remote access of teleworkers to the company's digital applications in a secure way and with acceptable performance indexes in correspondence with the limited technological resources of the organization.

Quantification of cerebral perfusion SPECT based on MRI co-registration and anatomic atlas

RESUMEN La cuantificación relativa del flujo sanguíneo cerebral con tomografía por emisión de fotón único presenta distintas limitaciones relacionadas con la pobre resolución espacial, la selección de las regiones de interés y la selección de la región de referencia. El objetivo del presente trabajo es proponer una metodología para la cuantificación relativa del flujo sanguíneo cerebral a partir del co-registro de la imagen funcional con la imagen estructural de resonancia magnética y utilizando atlas anatómicos para la definición de las regiones. La metodología incluye tres pasos principales integrados en un pipeline en python: pre-procesamiento espacial, corrección del volumen parcial, y cálculo de los índices de perfusión y asimetría. La metodología se implementó en 17 pacientes con epilepsia y 10 pacientes con enfermedad de Parkinson. En los pacientes con epilepsia, los resultados mostraron un incremento tanto en índice de perfusión como en el índice de asimetría en el estudio ictal en comparación con el interictal en las regiones correspondientes a la zona epileptógena. En los pacientes con enfermedad de Parkinson se identificaron regiones con diferencias significativas en ambos índices entre pacientes en distintos estadios. La metodología para la cuantificación del flujo sanguíneo cerebral a partir de la tomografía por emisión de fotón único, resonancia magnética y atlas anatómicos se ofrece como herramienta en la evaluación pre-quirúrgica de pacientes con epilepsia y para la evaluación del cuadro neurodegenerativo en la enfermedad de Parkinson.

ABSTRACT The relative quantification of the regional cerebral blood flow by single-photon emission computed tomography presents different limitations related to the poor spatial resolution, the selection of the regions of interest and the selection of the reference region. The objective of the present work is to propose a methodology for the relative quantification of cerebral blood flow from the co-registration of functional and structural images and using anatomical atlases for the definition of regions. The methodology includes three main steps integrated into a pipeline in python: spatial pre-processing, partial volume correction, and calculation of the perfusion and asymmetry indexes. The methodology was implemented in 17 patients with epilepsy and 10 patients with Parkinson's disease. In patients with epilepsy, the results showed an increase in both perfusion and asymmetry index in the ictal study compared to the interictal one in the regions corresponding to the epileptogenic zone. In Parkinson's disease patients, regions with significant differences in both perfusion and asymmetry index were identified between patients at different stages. The methodology for the quantification of cerebral blood flow from single-photon emission computed tomography, magnetic resonance image and atlases is offered as a tool for pre-surgical evaluation of patients with epilepsy and for the evaluation of the neurodegenerative condition in Parkinson's disease.

An experimental study with several demand allocation approaches for the capacitated maximal covering location problem

RESUMEN El problema de localización de máxima cobertura ha sido ampliamente aplicado en contextos donde es necesaria la ubicación de instalaciones que brindan un servicio determinado. Este problema busca ubicar un número limitado de instalaciones con el objetivo de maximizar la cobertura sobre un conjunto de nodos de demanda. Usualmente las instalaciones son modeladas con capacidad ilimitada, pero este enfoque no es realista ya que en muchas situaciones estas poseen una carga de trabajo limitada. La limitación en la capacidad implica que es necesario determinar la mejor asignación de los nodos de demanda a las instalaciones. Este trabajo presenta seis criterios de asignación de demanda para el problema de localización de máxima cobertura capacitado. Se realiza un análisis experimental donde se resuelven varias instancias del problema, donde los resultados indican que la asignación en orden descendente de las demandas a la instalación más cercana con capacidad para cubrirla obtiene los mejores resultados.

ABSTRACT The maximal coverage location problem has been widely used in contexts where it is necessary to locate facilities to provide a service. This problem seeks to locate a limited number of facilities to maximize the covered demand. Commonly facilities are modeled with unlimited capacity, but this is not realistic, and in many situations, facilities have workload limits. A limited capacity means that it is also necessary to find the best allocation of customers to the facilities. This paper presents six demand node allocation procedures for the capacitated maximal coverage location problem. Performed experiments show that the the best results are obtained by asigning nodes in descending order of demands to the closest facility with available capaciy.

Intelligent predictive model proposal for a photovoltaic plant

RESUMEN El objetivo de este trabajo es presentar el desarrollo de una estructura de modelo dinámico para la predicción de la generación eléctrica en una planta fotovoltaica. Tradicionalmente un modelo de predicción de la generación eléctrica en este tipo de planta se basa en dos modelos, uno para la predicción de la irradiación solar y un segundo modelo para describir la relación de la irradiación solar con la potencia generada. Como variables climatológicas principales se consideran la irradiación solar y la temperatura ambiental, mientras que desde el punto de vista tecnológico se considera la limpieza de la superficie de los paneles solares, así como el punto de operación de la planta, dependiendo del período del año y la hora del día. El modelo presentado considera la irradiación solar y la temperatura ambiente como variables de entrada, al tiempo que se desarrolla la modelación no lineal existente entre la irradiación y la potencia generada, considerando como disturbios la sombra (parcial o no) sobre los módulos y la limpieza de la superficie de los paneles fotovoltaicos. El trabajo presenta una descripción tecnológica de una planta y la caracterización temporal y frecuencial de juegos de datos reales, a partir de lo cual se desarrolla la concepción de la estructura del modelo más adecuado para la aplicación de técnicas basadas en inteligencia artificial, específicamente aprendizaje profundo. Finalmente, el modelo propuesto se utiliza para realizar la predicción directa de la potencia generada basado solamente en datos históricos obtenidos en la planta fotovoltaica de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Los resultados obtenidos para un horizonte de predicción de mediano plazo y para diferentes épocas del año resultan acertados, lo que demuestra la efectividad del método de predicción propuesto.

ABSTRACT The objective of this work is to present the development of a dynamic model structure for the prediction of electricity generation in a photovoltaic plant. Traditionally, a model for the prediction of electricity generation in this type of plant is based on two models, one for the prediction of solar irradiance and a second model to describe the relationship between solar irradiance and generated power. The main climatological variables considered are solar irradiation and ambient temperature, while from the technological point of view, the surface cleanliness of the solar panels is considered, as well as the operating point of the plant, depending on the period of the year and the time of day. The model presented considers solar irradiation and ambient temperature as input variables, while developing the non-linear modeling between irradiation and generated power, considering as disturbances the shading (partial or not) on the modules and the cleaning of the surface of the photovoltaic panels. The work presents a technological description of a plant and the temporal and frequency characterization of real data sets, from which the conception of the structure of the most suitable model for the application of techniques based on artificial intelligence, specifically deep learning, is developed. Finally, the proposed model is used to perform the direct prediction of the generated power based only on historical data obtained in the photovoltaic plant of the Central University "Marta Abreu" of Las Villas. The results obtained for a medium-term prediction horizon and for different times of the year are accurate, which demonstrates the effectiveness of the proposed prediction method.

Fusion Strategies to Automatically Classify Diabetic Foot Ulcer Images using Computer Vision Techniques

RESUMEN Las úlceras de pie diabético constituyen una de las complicaciones graves que presentan los pacientes diabéticos. El seguimiento e identificación de las lesiones es de vital importancia para aplicar un tratamiento oportuno pues mal atendidas pueden conducir a la amputación del miembro del paciente e incluso provocar su muerte. Este estudio tiene como objetivo evaluar distintas estrategias de fusión para mejorar los índices de desempeño en la tarea de clasificación de imágenes de úlceras de pie diabética. Se evaluaron dos enfoques de fusión, a nivel de rasgos y a nivel de decisión. Asimismo, se utilizaron dos técnicas de selección de rasgos, ReliefF y MRMR. Se utilizó un clasificador SVM con tres tipos de kernel y se combinaron a partir de cinco funciones de agregación utilizando los cinco mejores clasificadores. Los mejores resultados se obtuvieron usando la estrategia de fusión a nivel de rasgos. Estos a su vez provienen del uso de clasificadores que usaron la estrategia de fusión a nivel de rasgos y usando técnicas de selección de rasgos. Los resultados alcanzados superan a los reportados en la literatura. Ambas alternativas de fusión unidas a los métodos de selección de rasgos mejoraron la clasificación automática de imágenes de úlceras de pie diabético.

ABSTRACT Diabetic foot ulcers are one of the serious complications presented by diabetic patients. The follow-up and identification of the lesions is of vital importance in order to apply a timely treatment because if they are poorly treated, they can lead to the amputation of the limb of the patient and even cause death. This study aims to evaluate different fusion strategies to improve performance rates in the diabetic foot ulcer image classification task. Two fusion approaches are evaluated, at the feature level and at the decision level. Also, two feature selection techniques, ReliefF and MRMR, were used. An SVM classifier with three kernel types was used and combined from five aggregation functions using the best five classifiers. The best results were obtained using the feature-level fusion strategy. These in turn come from the use of classifiers using the feature-level fusion strategy and using feature selection techniques. The results achieved exceed those reported in the literature. Both fusion alternatives coupled with feature selection methods improved automatic classification of diabetic foot ulcer images.