Publicação

Myocardial partial volume correction of internal left ventricular structures in emission tomography images

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A imagiologia médica apresenta-se como sendo um conjunto de processos que levam à criação de representações visuais do interior do organismo para análise clínica e/ou auxílio em processos de intervenção médica. Desde o seu aparecimento e aplicação prática que a imagiologia tem tido um impacto significativo na sociedade, permitindo a confirmação de condições patológicas, possibilitando a avaliação e planeamento de tratamentos, e o fornecimento de uma alternativa a métodos invasivos e, essencialmente, constituindo práticas que permitem o diagnóstico prematuro de patologias. Todos estes aspetos fazem com que a imagiologia médica contribua, em última instância, para a diminuição da taxa de mortalidade e para o aumento da esperança média de vida das populações. No entanto, apesar dos mais de 100 anos de história desde o aparecimento das primeiras técnicas imagiológicas, existem ainda inúmeros desafios por ultrapassar no campo da imagiologia médica. Uma das principais motivações é a otimização de processos de diagnóstico em fases prematuras de diagnóstico, o que possibilita um maior leque de ações terapêuticas, podendo fazer a diferença no resultado final do tratamento dos pacientes. Esta necessidade, aliada ao facto de a maior causa de mortalidade a nível mundial ser devido a doenças cardiovasculares (Allender et al. (2008), Lloyd-Jones (2010)), justifica uma prioridade na investigação de metodologias que visem o diagnóstico de patologias do foro cardíaco num estado em que as ações preventivas e de tratamento permitam uma maior eficácia final para benefício do paciente. Em particular, as modalidades de imagiologia médica podem distinguir-se entre métodos morfológicos (ou anatómicos) – que visam a obtenção de informação anatómica do organismo -, e métodos funcionais (ou de emissão), que têm por objetivo quantificar, de modo não invasivo, processos fisiológicos e metabólicos ocorrentes no organismo. Porém, embora este último tipo de métodos apresente uma maior sensibilidade e especificidade na deteção de fenómenos fisiológicos, ao nível molecular, tal surge em detrimento da resolução espacial das imagens. Este fenómeno de degradação da resolução espacial, mais acentuado em imagens funcionais, é conhecido como o efeito do volume parcial. Apesar de ser um tópico sujeito a grande foco de investigação na área imagiológica médica, o efeito do volume parcial não tem, na prática, uma metodologia suficientemente versátil e eficaz de correção. Os mecanismos de correção do efeito do volume parcial baseiam-se essencialmente na implementação de processos de restauração do desfoque de imagem, havendo uma redistribuição de atividade dos objetos de volta à sua localização original. Relacionando esta desvantagem associada a imagens de emissão com aplicações cardíacas, é possível alcançar a derradeira motivação à qual este projeto está ancorado. Por um lado, metodologias de correção do efeito to volume parcial necessitam, na sua maioria e de forma a serem mais eficazes, de informação imagiológica funcional e morfológica, correspondentes. É de notar a complexidade associada a este género de processos, uma vez que incorrem num número de diferentes passos de processamento consecutivos, entre eles a segmentação de regiões de interesse, o co registro de imagens funcionais e anatómicas, e implementação do processo de correção propriamente dito, sendo que este pode ser efetuado sob o ponto de vista da imagem final ou durante a reconstrução de projeções tomográficas. Desta forma, é possível definir restrições geométricas que auxiliam no processo de compensação deste efeito. Por outro lado, o coração possui estruturas intraventriculares, os músculos papilares e as trabéculas, que se caracterizam por serem protrusões das paredes miocárdicas ventriculares, de massa apreciável e que servem o propósito de ancorar as válvulas auriculoventriculares de forma a impedir a regurgitação sanguínea para as aurículas, durante a diástole auricular/sístole ventricular. A questão em foco é que metodologias de correção do efeito do volume parcial aplicadas ao aparelho cardíaco utilizadas na bibliografia ignoram a atividade produzida por estruturas intraventriculares, considerando-as como pertencentes à “blood pool”, que se situa na cavidade ventricular, sendo que este passo é feito de forma a simplificar a rotina de correção, minimizando o número de estruturas cujo efeito do volume parcial se pretende corrigir, tomando apenas em consideração uma parede miocárdica e uma “blood pool”, na grande maioria dos casos. O objetivo do projeto corrente foi a avaliação sobre se a melhor opção residiria na tomada de consideração destas estruturas intraventriculares como fontes independentes produtoras de efeito do volume parcial a um nível significativo, ou se o seu efeito de desfoque seria desprezável ao ponto deste ser mascarado pela atividade da “blood pool”. De forma a testar esta ideia, projetámos um processo lógico dividido em três instâncias de complexidade crescente. A primeira abordagem consistiu num estudo exploratório caracterizado pela modelação de um sistema cardíaco, seguido por um procedimento de desfoque simples do mesmo, através da convolução do modelo com uma função de dispersão típica de um sistema de tomografia por emissão, e posterior avaliação do efeito de volume parcial produzido por estruturas intraventriculares. O objetivo desta abordagem foi o de determinar se o efeito de volume parcial produzido por estruturas intraventriculares seria significativo ou não, sendo que tal foi efetuado por comparação com o efeito correspondente produzido pela “blood pool”, referida na literatura como uma estrutura relevante no processo de desfoque imagiológico. Mediante a potencial determinação de que o efeito produzido pelas estruturas internas ventriculares seria efetivamente significativo e tendo em conta as simplificações efetuadas durante a criação do modelo, um estudo mais aprofundado deste efeito justificar-se-ia. É neste sentido que surge a segunda abordagem ao problema, que consiste no aumento da natureza realística do processo de determinação do efeito de volume parcial produzido pelas estruturas intraventriculares, através da utilização do STIR (Software for Tomographic Image Reconstruction). O STIR é um programa que permite simular o processo de reconstrução de imagens tomográficas, dotando as mesmas de um padrão de desfoque e de ruído realistas. A determinação de uma potencial enfatização do efeito produzido por estruturas internas ventriculares justificaria um ainda maior aprofundamento do estudo deste efeito. Neste contexto, surge a terceira e última instância deste estudo, que corresponde à levada a cabo de estratégias de correção de efeito do volume parcial propriamente ditas. O principal resultado produzido por este estudo seria a determinação do erro obtido ao recuperar a distribuição de atividade original do modelo, não tomando em conta as estruturas intraventriculares como fontes independentes produtoras de desfoque, isto é, tomando apenas o miocárdio e a “blood pool” como regiões de interesse. O resultado final baseou-se na determinação de que, segundo as simplificações utilizadas na criação do modelo, as estruturas intraventriculares produziriam um efeito local significativo sobre a parede do ventrículo esquerdo, podendo efetivamente mascarar lesões hipo-activas ou adelgaçamentos patológicos da parede do ventrículo, em locais adjacentes à estrutura intraventricular em questão. É de referir que o presente estudo constitui uma primeira aproximação à avaliação do efeito do volume parcial produzido por estruturas intraventriculares, sendo que até à data, não há conhecimento de um estudo semelhante. Como conclusão final, e à luz das simplificações adotadas durante a execução deste estudo, não existem indícios que apontem para o facto de estas estruturas não serem relevantes, pelo menos a nível local. No entanto, há que compreender que, de forma a obter uma noção mais completa e precisa sobre a relevância destas estruturas intraventriculares, um estudo adicional terá de ser realizado de forma a comprovar a importância de estruturas internas ventriculares num ambiente clínico, e em particular, se estas devem ou não ser consideradas como independentes.
Autores principais:	Sousa, Mauro Santana Costa e
Assunto:	Efeito do volume parcial Correcção do efeito do volume parcial Estruturas internas do ventrículo esquerdo Músculos papilares Teses de mestrado - 2016
Ano:	2016
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	A imagiologia médica apresenta-se como sendo um conjunto de processos que levam à criação de representações visuais do interior do organismo para análise clínica e/ou auxílio em processos de intervenção médica. Desde o seu aparecimento e aplicação prática que a imagiologia tem tido um impacto significativo na sociedade, permitindo a confirmação de condições patológicas, possibilitando a avaliação e planeamento de tratamentos, e o fornecimento de uma alternativa a métodos invasivos e, essencialmente, constituindo práticas que permitem o diagnóstico prematuro de patologias. Todos estes aspetos fazem com que a imagiologia médica contribua, em última instância, para a diminuição da taxa de mortalidade e para o aumento da esperança média de vida das populações. No entanto, apesar dos mais de 100 anos de história desde o aparecimento das primeiras técnicas imagiológicas, existem ainda inúmeros desafios por ultrapassar no campo da imagiologia médica. Uma das principais motivações é a otimização de processos de diagnóstico em fases prematuras de diagnóstico, o que possibilita um maior leque de ações terapêuticas, podendo fazer a diferença no resultado final do tratamento dos pacientes. Esta necessidade, aliada ao facto de a maior causa de mortalidade a nível mundial ser devido a doenças cardiovasculares (Allender et al. (2008), Lloyd-Jones (2010)), justifica uma prioridade na investigação de metodologias que visem o diagnóstico de patologias do foro cardíaco num estado em que as ações preventivas e de tratamento permitam uma maior eficácia final para benefício do paciente. Em particular, as modalidades de imagiologia médica podem distinguir-se entre métodos morfológicos (ou anatómicos) – que visam a obtenção de informação anatómica do organismo -, e métodos funcionais (ou de emissão), que têm por objetivo quantificar, de modo não invasivo, processos fisiológicos e metabólicos ocorrentes no organismo. Porém, embora este último tipo de métodos apresente uma maior sensibilidade e especificidade na deteção de fenómenos fisiológicos, ao nível molecular, tal surge em detrimento da resolução espacial das imagens. Este fenómeno de degradação da resolução espacial, mais acentuado em imagens funcionais, é conhecido como o efeito do volume parcial. Apesar de ser um tópico sujeito a grande foco de investigação na área imagiológica médica, o efeito do volume parcial não tem, na prática, uma metodologia suficientemente versátil e eficaz de correção. Os mecanismos de correção do efeito do volume parcial baseiam-se essencialmente na implementação de processos de restauração do desfoque de imagem, havendo uma redistribuição de atividade dos objetos de volta à sua localização original. Relacionando esta desvantagem associada a imagens de emissão com aplicações cardíacas, é possível alcançar a derradeira motivação à qual este projeto está ancorado. Por um lado, metodologias de correção do efeito to volume parcial necessitam, na sua maioria e de forma a serem mais eficazes, de informação imagiológica funcional e morfológica, correspondentes. É de notar a complexidade associada a este género de processos, uma vez que incorrem num número de diferentes passos de processamento consecutivos, entre eles a segmentação de regiões de interesse, o co registro de imagens funcionais e anatómicas, e implementação do processo de correção propriamente dito, sendo que este pode ser efetuado sob o ponto de vista da imagem final ou durante a reconstrução de projeções tomográficas. Desta forma, é possível definir restrições geométricas que auxiliam no processo de compensação deste efeito. Por outro lado, o coração possui estruturas intraventriculares, os músculos papilares e as trabéculas, que se caracterizam por serem protrusões das paredes miocárdicas ventriculares, de massa apreciável e que servem o propósito de ancorar as válvulas auriculoventriculares de forma a impedir a regurgitação sanguínea para as aurículas, durante a diástole auricular/sístole ventricular. A questão em foco é que metodologias de correção do efeito do volume parcial aplicadas ao aparelho cardíaco utilizadas na bibliografia ignoram a atividade produzida por estruturas intraventriculares, considerando-as como pertencentes à “blood pool”, que se situa na cavidade ventricular, sendo que este passo é feito de forma a simplificar a rotina de correção, minimizando o número de estruturas cujo efeito do volume parcial se pretende corrigir, tomando apenas em consideração uma parede miocárdica e uma “blood pool”, na grande maioria dos casos. O objetivo do projeto corrente foi a avaliação sobre se a melhor opção residiria na tomada de consideração destas estruturas intraventriculares como fontes independentes produtoras de efeito do volume parcial a um nível significativo, ou se o seu efeito de desfoque seria desprezável ao ponto deste ser mascarado pela atividade da “blood pool”. De forma a testar esta ideia, projetámos um processo lógico dividido em três instâncias de complexidade crescente. A primeira abordagem consistiu num estudo exploratório caracterizado pela modelação de um sistema cardíaco, seguido por um procedimento de desfoque simples do mesmo, através da convolução do modelo com uma função de dispersão típica de um sistema de tomografia por emissão, e posterior avaliação do efeito de volume parcial produzido por estruturas intraventriculares. O objetivo desta abordagem foi o de determinar se o efeito de volume parcial produzido por estruturas intraventriculares seria significativo ou não, sendo que tal foi efetuado por comparação com o efeito correspondente produzido pela “blood pool”, referida na literatura como uma estrutura relevante no processo de desfoque imagiológico. Mediante a potencial determinação de que o efeito produzido pelas estruturas internas ventriculares seria efetivamente significativo e tendo em conta as simplificações efetuadas durante a criação do modelo, um estudo mais aprofundado deste efeito justificar-se-ia. É neste sentido que surge a segunda abordagem ao problema, que consiste no aumento da natureza realística do processo de determinação do efeito de volume parcial produzido pelas estruturas intraventriculares, através da utilização do STIR (Software for Tomographic Image Reconstruction). O STIR é um programa que permite simular o processo de reconstrução de imagens tomográficas, dotando as mesmas de um padrão de desfoque e de ruído realistas. A determinação de uma potencial enfatização do efeito produzido por estruturas internas ventriculares justificaria um ainda maior aprofundamento do estudo deste efeito. Neste contexto, surge a terceira e última instância deste estudo, que corresponde à levada a cabo de estratégias de correção de efeito do volume parcial propriamente ditas. O principal resultado produzido por este estudo seria a determinação do erro obtido ao recuperar a distribuição de atividade original do modelo, não tomando em conta as estruturas intraventriculares como fontes independentes produtoras de desfoque, isto é, tomando apenas o miocárdio e a “blood pool” como regiões de interesse. O resultado final baseou-se na determinação de que, segundo as simplificações utilizadas na criação do modelo, as estruturas intraventriculares produziriam um efeito local significativo sobre a parede do ventrículo esquerdo, podendo efetivamente mascarar lesões hipo-activas ou adelgaçamentos patológicos da parede do ventrículo, em locais adjacentes à estrutura intraventricular em questão. É de referir que o presente estudo constitui uma primeira aproximação à avaliação do efeito do volume parcial produzido por estruturas intraventriculares, sendo que até à data, não há conhecimento de um estudo semelhante. Como conclusão final, e à luz das simplificações adotadas durante a execução deste estudo, não existem indícios que apontem para o facto de estas estruturas não serem relevantes, pelo menos a nível local. No entanto, há que compreender que, de forma a obter uma noção mais completa e precisa sobre a relevância destas estruturas intraventriculares, um estudo adicional terá de ser realizado de forma a comprovar a importância de estruturas internas ventriculares num ambiente clínico, e em particular, se estas devem ou não ser consideradas como independentes.