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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.5.2008.tde-31102008-175214
Documento
Autor
Nome completo
Fabio Luis de Souza Duran
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2008
Orientador
Banca examinadora
Busatto Filho, Geraldo (Presidente)
Bottino, Cassio Machado de Campos
Bressan, Rodrigo Affonseca
Buchpiguel, Carlos Alberto
Castro, Claudio Campi de
Título em português
Análise morfométrica voxel-a-voxel de estudos de ressonância magnética do crânio em transtornos psiquiátricos e neurológicos: implementação e otimização de métodos
Palavras-chave em português
Cérebro
Imagem por ressonância magnética
Processamento de imagem assistida por computador
Transtorno obsessivo-compulsivo
Resumo em português
INTRODUÇÃO: O processamento de imagens de ressonância magnética (RM) estrutural tem sido amplamente utilizado em pesquisas neuro-psiquiátricas. Os métodos mais usados para este fim são a volumetria manual por regiões de interesse (regions of interest - ROIs) e a morfometria baseada no voxel (Voxel-based morphometry - VBM). Nesta tese, foi usado um banco de imagens de pacientes diagnosticados com transtorno-obsessivo compulsivo (TOC) (n=19) e controles saudáveis (n=15), as quais foram processadas nas duas técnicas de análise morfométrica denominadas VBM padrão e VBM otimizado. Foram comparados os resultados obtidos com tais métodos automatizados de VBM versus método de ROIs, e comparou-se também a incidência de artefatos de normalização espacial e segmentação entre o VBM padrão e o otimizado. MÉTODOS: As imagens foram processadas usando VBM com o programa Statistical Parametric Mapping (SPM), e ROIs foram desenhadas sobre as regiões cerebrais adjacentes aos ventrículos laterais usando o programa MRIcro. O processamento pelo VBM padrão incluiu normalização das imagens para um molde anatômico pré-definido, segmentação em compartimentos de substância cinzenta, branca e líquor, suavização com filtro gaussiano (12mm), e comparações estatísticas usando o modelo linear geral. Para o VBM otimizado, foram construídos moldes customizados para o próprio estudo. Utilizando estes moldes, as imagens foram segmentadas e normalizadas para cada compartimento cerebral, gerando parâmetros para que a imagem original pudesse ser normalizada de forma mais precisa. Após esta segunda normalização as imagens foram segmentadas, moduladas pelo determinante jacobiano, suavizadas com filtro gaussiano (12mm), e comparadas estatisticamente. As ROIs foram desenhadas seguindo padrões estabelecidos na literatura internacional. RESULTADOS: Para as regiões cerebrais nas quais se previa a priori a presença de anormalidades associadas ao TOC, o VBM otimizado mostrou alterações volumétricas de substância cinzenta no grupo de pacientes com TOC comparados a controles, incluindo redução volumétrica no giro do cíngulo anterior, e aumento em córtex orbito-frontal e giro parahipocampal. Na mesma análise com VBM padrão, foi detectado apenas aumento volumétrico em sujeitos com TOC no giro parahipocampal. Já correlacionando o volume de substância cinzenta com escores em escala de gravidade de sintomas, o VBM otimizado detectou correlação significante negativa na adjacência do tálamo dorso-medial com expansão para ventrículo lateral, expansão esta muito mais ampla quando a análise foi feita com VBM padrão. Já na análise de substância branca, apenas o VBM otimizado mostrou uma correlação positiva significante com gravidade de sintomas numa região na qual se xvi previa a priori a presença de anormalidades no grupo com TOC (corona radiata e cápsula interna). Houve consistência entre os achados de alterações de substância cinzenta subcortical e líquor obtidos com VBM otimizado e achados de volumes alterados obtidos com ROIs. CONCLUSÕES: Em comparação com o VBM padrão, o método otimizado se mostrou mais sensível para identificar alterações volumétricas em regiões cerebrais de substância cinzenta e branca nas quais se previa a priori a presença de anormalidades volumétricas no grupo de sujeitos com TOC. Além disso, as técnicas de VBM e ROIs foram relativamente equiparáveis para a avaliação volumétrica de regiões subcorticais. Por fim, verificou-se que ambos os métodos de VBM padrão e otimizado são sujeitos a artefatos causados por dilatação ventricular, mas de menor intensidade com o VBM otimizado
Título em inglês
Voxel-based morphometry analysis of brain magnetic resonance studies in psychiatry and neurologic disorders: implementation and optimization of methods
Palavras-chave em inglês
Cerebrum
Computer-assisted
Image processing
Magnetic resonance imaging
Obsessive-compulsive disorder
Resumo em inglês
INTRODUCTION: Processing methods for magnetic resonance imaging (MRI) brain data have been largely used in research studies of psychiatric disorders. The techniques most widely used for this purpose are manual volumetry using regions of interest (ROIs) and voxel-based morphometry (VBM). In this thesis, images from a databank of patients diagnosed with obsessive-compulsive disorder (OCD) (n=19) and healthy controls (n=15) were processed using the two VBM methods, namely standard and optimized VBM. The results obtained with those two automated methods were compared to the ROI approach, and the presence of artifacts of spatial normalization and image segmentation were also compared between standard and optimized VBM. METHODS: Image processing using VBM was conducted with the Statistical Parametric Mapping (SPM) program, and the ROIs were drawn over the brain regions adjacent to the lateral ventricles using the MRIcro program. The standard VBM processing included normalization of images to a pre-defined template, segmentation in gray matter, white matter and cerebrospinal fluid compartments, gaussian smoothing (12mm), and statistical comparisons using the general linear model. For optimized VBM, customized templates were built specifically for the study. Using these templates, images were segmented and spatially normalized for each brain compartment, generating parameters that allowed spatial normalization of images with greater precision. After such second normalization, images were segmented, modulated using the jacobian determinants, smoothed with a gaussian filter (12mm), and compared statistically. The ROIs were built using guidelines established in the previous international literature. RESULTS: For the brain regions in which abnormalities in association with OCD were predicted a priori, optimized VBM showed gray matter changes in the OCD group relative to controls, including reduced volume of the anterior cingulate gyrus, and increased volume of the orbitofrontal córtex and parahippcocampal gyrus. The same analysis using standard VBM detected only increased volume in OCD patients in the parahippocampal gyrus. When correlations between gray matter volumes and scale scores of obsessive-compulsive severity were investigated, the optimized VBM approach revealed a significant negative correlation in the adjacency of the dorso-medial thalamus, extending towards the lateral ventricle. Such ventricular extension was much greater when the same analysis was conducted using standard VBM. In regard to the white matter compartment, only the optimized VBM analysis showed a significant positive correlation with symptom severity in a region where OCD-related abnormalities had been predicted a priori, namely the corona radiata and internal capsula. Results regarding to the gray matter and cerebrospinal fluid xviii comparments were relative consistent between the optimized VBM and ROI analyses. CONCLUSIONS: In comparison to standard VBM, the optimized VBM method showed greater sensitivity to identify volumetric alterations in gray and white matter brain regions in which OCD-related changes had been predicted a priori. Also, the optimized VBM and ROI techniques were comparable for the evaluation of subcortical structures. Finally, both the standard and optimized VBM methods were prone to artifacts caused by ventricle enlargement, but with lesser intensity when the optimized VBM approach was employed
 
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FabioLSDuran.pdf (3.55 Mbytes)
Data de Publicação
2008-11-17
 
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