Evaluación de método para la detección automática de puntos de referencia (landmark detection) en imágenes en dos dimensiones de huellas plantares para el diseño de una plantilla ortopédica

Abstract

El presente trabajo de investigación evalúa la técnica de regresión de mapas de calor (heatmap regression - HR) para la detección automática de puntos de referencia (landmark detection) en imágenes médicas, específicamente en las imágenes de huellas plantares en dos dimensiones. El estudio se basa en la regresión de mapas de calor con aprendizaje profundo, una técnica que ha demostrado ser efectiva en la detección de puntos en rostros y en la estimación de la pose humana. Se propone un método automático para la detección de 8 puntos en las imágenes digitalizadas de huellas plantares que servirán de referencia para el diseño base de una plantilla ortopédica bidimensional, buscando así mejorar el proceso de fabricación de plantillas ortopédicas, que actualmente se realiza de forma manual y artesanal en la mayoría de los países de América Latina. La detección automática de estos puntos de referencia en las huellas plantares tiene el potencial de agilizar este proceso y mejorar la precisión de las plantillas. Los resultados del estudio mostraron un error absoluto promedio normalizado de 0.01017 en el conjunto de validación. Estas evaluaciones se llevaron a cabo utilizando una red convolucional U-Net, la cual consta de una ruta de codificación y compresión de imágenes para capturar el contexto, y una ruta de expansión simétrica que permite una localización precisa de puntos de interés en un tiempo razonable gracias al uso de los procesadores GPU actuales.

This paper evaluates the heatmap regression (HR) technique for landmark detection in medical images, specifically in two- dimensional footprint images. The study is based on heatmap regression with deep learning, a technique that has proven to be effective in face landmark detection and human pose estimation. We propose the evaluation of an automatic method for the detection of 8 points in the digitized images of plantar footprints that will serve as a reference for the base design of a two-dimensional orthopedic insole, thus seeking to improve the orthopedic insole manufacturing process, which is currently handmade and handcrafted in most Latin American countries. The automatic detection of reference points in the plantar footprints would speed up this process and improve the accuracy of the insoles. The results of the study showed an average normalized mean absolute error of 0.01017 in the validation set. These evaluations were carried out using a U-Net convolutional network, which consists of an image encoding and compression path to capture the context, and a symmetric expansion path that allows accurate localization of points of interest in a reasonable amount of time with current GPU processors.