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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.3.2012.tde-08052012-114807
Document
Auteur
Nom complet
Edward Florez Pacheco
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2012
Directeur
Jury
Furuie, Sérgio Shiguemi (Président)
Mascarenhas, Nelson Delfino D'Ávila
Rebelo, Marina de Fátima de Sá
Titre en portugais
Quantificação da dinâmica de estruturas em imagens de medicina nuclear na modalidade PET.
Mots-clés en portugais
Conectividade Fuzzy
Imagens PET reais
Medicina nuclear
Phantoms
Processamento de imagens tri-dimensionais
Quantificação dos volumes
Segmentação de imagens tri-dimensionais
Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET)
Resumé en portugais
A presença que tem hoje a Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é muito importante e um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como grande vantagem a capacidade de conseguir analisar o comportamento metabólico do paciente, fazendo possíveis diagnósticos precoces. Este projeto está baseado em imagens médicas obtidas através da modalidade PET (Positron Emission Tomography) a qual está tendo uma crescente difusão e aceitação. Para isso, temos desenvolvido uma estrutura integral de processamento de imagens tridimensionais PET, a qual está constituída por etapas consecutivas que se iniciam na obtenção das imagens padrões (gold standard), sendo utilizados volumes simulados ou phantoms do Ventrículo Esquerdo do Coração criadas como parte do projeto, assim como geradas a partir do software NCAT-4D. A seguir, nos volumes simulados, é introduzido ruído quântico tipo Poisson que é o ruído característico das imagens PET e feita uma análise que busca certificar que o ruído utilizado corresponde efetivamente ao ruído Poisson. Em sequência é executada a parte de pré-processamento, utilizando para este fim, um conjunto de filtros tais como o filtro da mediana, o filtro da Gaussiana ponderada e o filtro que mistura os conceitos da Transformada de Anscombe e o filtro pontual de Wiener. Posteriormente é aplicada a etapa de segmentação que é considerada a parte central da sequência de processamento. O processo de segmentação é baseado na teoria de Conectividade Fuzzy e para isso temos implementado quatro diferentes abordagens: Algoritmo Genérico, Algoritmo LIFO, Algoritmo kTetaFOEMS e o Algoritmo utilizando Pesos Dinâmicos. Sendo que os três primeiros algoritmos utilizam pesos específicos selecionados pelo usuário, foi preciso efetuar uma análise para determinar os melhores pesos de segmentação que se reflitam numa segmentação mais eficiente. Finalmente, para terminar a estrutura de processamento, um procedimento de avaliação foi utilizado como métrica para obter quantitativamente três parâmetros (Verdadeiro Positivo, Falso Positivo e Máxima Distância) que permitiram conhecer o nível de eficiência e precisão de nosso processo e do projeto em geral. Constatamos que os algoritmos implementados (filtros e algoritmos de segmentação) são bastante robustos e atingem ótimos resultados chegando-se a obter, para o caso do volume do Ventrículo Esquerdo simulado, taxas de VP e FP na ordem de 98.49 ± 0.27% e 2,19 ± 0.19%, respectivamente. Com o conjunto de procedimentos e escolhas feitas ao longo da estrutura de processamento, encerramos o projeto com a análise de um grupo de volumes produto de um exame PET real, obtendo a quantificação destes volumes.
Titre en anglais
Quantification of dynamic structures in nuclear medicine images in the PET modality.
Mots-clés en anglais
Digital image processing
Fuzzy connectedness
Nuclear medicine
Phantoms
Positron Emission Tomography (PET)
Real PET images
Segmentation of tri-dimensional images
Volume quantification
Resumé en anglais
The usefulness of Nuclear medicine nowadays as a modality to obtain medical images is very important, and it has turned into one of the main procedures utilized in Health Care Centers. Its great advantage is to analyze the metabolic behavior of the patient, by allowing early diagnosis. This project is based on medical images obtained by the PET modality (Positron Emission Tomography), which has won wide acceptance. Thus, we have developed an integral framework for processing Nuclear Medicine three-dimensional images of the PET modality, which is composed of consecutive steps that start with the generation of standard images (gold standard) by using simulated images or phantoms of the Left Ventricular Heart that were generated in this project, such as the ones obtained from the NCAT-4D software. Then Poisson quantum noise is introduced into the whole volume to simulate the characteristic noises in PET images and an analysis is performed in order to certify that the utilized noise is the Poisson noise effectively. Subsequently, the pre-processing is executed by using specific filters, such as the median filter, the weighted Gaussian filter, and the filter that joins the concepts of Anscombe Transformation and the Wiener filter. Then the segmentation, which is considered the most important and central part of the whole process, is implemented. The segmentation process is based on the Fuzzy Connectedness theory and for that purpose four different approaches were implemented: Generic algorithm, LIFO algorithm, kTetaFOEMS algorithm, and Dynamic Weight algorithm. Since the first three algorithms used specific weights that were selected by the user, an extra analysis was performed to determine the best segmentation constants that would reflect an accurate segmentation. Finally, at the end of the processing structure, an assessment procedure was used as a measurement tool to quantify some parameters that determined the level of efficiency and precision of our process and project. We have verified that the implemented algorithms (filters and segmentation algorithms) are fairly robust and achieve optimal results, assist to obtain, in the case of the Left Ventricular simulated, TP and FP rates in the order of 98.49 ± 0.27% and 2.19 ± 0.19%, respectively. With the set of procedures and choices made along of the processing structure, the project was concluded with the analysis of a volumes group from a real PET exam, obtaining the quantification of the volumes.
 
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Date de Publication
2012-05-11
 
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  • PACHECO, EDWARD FLÓREZ, e Furuie, Sérgio Shiguemi. Processamento de estruturas tridimensionais de Medicina Nuclear na modalidade PET [doi:10.4322/rbeb.2013.005]. Revista Brasileira de Engenharia Biomédica [online], 2013, vol. 29, p. 70-85.
  • Flórez Pacheco, E, and Furuie, S.S. Segmentation of Nuclear Medicine tridimensional images using Anscombe transformation. In Computing in Cardiology, Hang Zhou, 2011. Computing in Cardiology 2011., 2011.
  • Flórez Pacheco, E, e Furuie, S.S. EFEITOS DA FILTRAGEM NO PROCESSO DE SEGMENTAÇÃO DE IMAGENS PET TRI-DIMENSIONAIS. In XXIII Congresso Brasileiro em Engenharia Biomédica, Porto de Galinhas, 2012. Anais do XXIII Congresso Brasileiro em Engenharia Biomédica., 2012.
  • Flórez Pacheco, E, e Furuie, S.S. Quantification of Dynamic Structures in Nuclear Medicine Images in the PET modality. In Sibgrapi XXIV Conference on Graphics, Patterns and Images, Maceio, 2011. Proceedings of Sibgrapi XXIV Conference on Graphics, Patterns and Images., 2011. Resumo.
  • Flórez Pacheco, E, y FURUIE, S. S. Cuantificación de la Dinámica de Estructuras en Imágenes de Medicina Nuclear en la modalidad PET. In XVIII Congreso Internacional de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, De Sistemas y Ramas Afines, Lima, 2011. concurso de proyetos INTERCON 2011., 2011. Resumo.
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