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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.17.2008.tde-11072008-124117
Document
Author
Full name
Paula Rejane Beserra Diniz
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2008
Supervisor
Committee
Santos, Antonio Carlos dos (President)
Araújo, Dráulio Barros de
Murta Junior, Luiz Otavio
Title in Portuguese
Segmentação de tecidos cerebrais usando entropia Q em imagens de ressonância magnética de pacientes com esclerose múltipla
Keywords in Portuguese
Esclerose Múltipla
Imagem de Ressonância Magnética
Segmentação automática
Volumetria
Abstract in Portuguese
A perda volumétrica cerebral ou atrofia é um importante índice de destruição tecidual e pode ser usada para apoio ao diagnóstico e para quantificar a progressão de diversas doenças com componente degenerativo, como a esclerose múltipla (EM), por exemplo. Nesta doença ocorre perda tecidual regional, com reflexo no volume cerebral total. Assim, a presença e a progressão da atrofia podem ser usadas como um indexador da progressão da doença. A quantificação do volume cerebral é um procedimento relativamente simples, porém, quando feito manualmente é extremamente trabalhoso, consome grande tempo de trabalho e está sujeito a uma variação muito grande inter e intra-observador. Portanto, para a solução destes problemas há necessidade de um processo automatizado de segmentação do volume encefálico. Porém, o algoritmo computacional a ser utilizado deve ser preciso o suficiente para detectar pequenas diferenças e robusto para permitir medidas reprodutíveis a serem utilizadas em acompanhamentos evolutivos. Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo computacional baseado em Imagens de Ressonância Magnética para medir atrofia cerebral em controles saudáveis e em pacientes com EM, sendo que para a classificação dos tecidos foi utilizada a teoria da entropia generalizada de Tsallis. Foram utilizadas para análise exames de ressonância magnética de 43 pacientes e 10 controles saudáveis pareados quanto ao sexo e idade para validação do algoritmo. Os valores encontrados para o índice entrópico q foram: para o líquido cerebrorraquidiano 0,2; para a substância branca 0,1 e para a substância cinzenta 1,5. Nos resultados da extração do tecido não cerebral, foi possível constatar, visualmente, uma boa segmentação, fato este que foi confirmado através dos valores de volume intracraniano total. Estes valores mostraram-se com variações insignificantes (p>=0,05) ao longo do tempo. Para a classificação dos tecidos encontramos erros de falsos negativos e de falsos positivos, respectivamente, para o líquido cerebrorraquidiano de 15% e 11%, para a substância branca 8% e 14%, e substância cinzenta de 8% e 12%. Com a utilização deste algoritmo foi possível detectar um perda anual para os pacientes de 0,98% o que está de acordo com a literatura. Desta forma, podemos concluir que a entropia de Tsallis acrescenta vantagens ao processo de segmentação de classes de tecido, o que não havia sido demonstrado anteriormente.
Title in English
Cerebral tissue segmentation using q-entropy in multiple sclerosis magnetic resonance images
Keywords in English
Automatic Segmentation
Magnetic Resonance Image
Multiple Sclerosis
Volumetry.
Abstract in English
The loss of brain volume or atrophy is an important index of tissue destruction and it can be used to diagnosis and to quantify the progression of neurodegenerative diseases, such as multiple sclerosis. In this disease, the regional tissue loss occurs which reflects in the whole brain volume. Similarly, the presence and the progression of the atrophy can be used as an index of the disease progression. The objective of this work was to determine a statistical segmentation parameter for each single class of brain tissue using generalized Tsallis entropy. However, the computer algorithm used should be accurate and robust enough to detect small differences and allow reproducible measurements in following evaluations. In this work we tested a new method for tissue segmentation based on pixel intensity threshold. We compared the performance of this method using different q parameter range. We could find a different optimal q parameter for white matter, gray matter, and cerebrospinal fluid. The results support the conclusion that the differences in structural correlations and scale invariant similarities present in each single tissue class can be accessed by the generalized Tsallis entropy, obtaining the intensity limits for these tissue class separations. Were used for analysis of magnetic resonance imaging examinations of 43 patients and 10 healthy controls matched on the sex and age for validation of the algorithm. The values found for the entropic index q were: for the cerebrospinal fluid 0.2; for the white matter 0.1 and for gray matter 1.5. The results of the extraction of the tissue not brain can be seen, visually, a good target, which was confirmed by the values of total intracranial volume. These figures showed itself with variations insignificant (p >= 0.05) over time. For classification of the tissues find errors of false negatives and false positives, respectively, for cerebrospinal fluid of 15% and 11% for white matter 8% and 14%, and gray matter of 8% and 12%. With the use of this algorithm could detect an annual loss for the patients of 0.98% which is in line with the literature. Thus, we can conclude that the entropy of Tsallis adds advantages to the process of target classes of tissue, which had not been demonstrated previously.
 
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Publishing Date
2008-08-25
 
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