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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.59.2020.tde-17062020-180451
Documento
Autor
Nome completo
João Pedro Fiorelli
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2020
Orientador
Banca examinadora
Moraes, Eder Rezende (Presidente)
Ana, Lauro Wichert
Brunetto, Sergio Querino
Neves, Ubiraci Pereira da Costa
Título em português
Avaliação quantitativa e qualitativa do efeito das correções de atenuação e espalhamento em regiões profundas e periféricas em imagens de SPECT
Palavras-chave em português
Atenuação
Espalhamento
Medicina nuclear
Resumo em português
Neste trabalho, alguns métodos para correção de atenuação e espalhamento foram utilizados a fim de compará-los e constatar qual apresenta uma melhora mais significativa na qualidade de imagens de SPECT, além de observar a influência da distância (regiões interiores ou periféricas) nos efeitos citados. Os métodos implementados aqui são: o Dual Energy Window (DEW), o filtro de Wiener e a correção considerando um coeficiente de atenuação único (Chang). Primeiramente foi realizado uma validação dos softwares dos métodos corretivos e também um estudo da influência de parâmetros intrínsecos as técnicas nos resultados das correções, determinando assim os valores ótimos para uma melhor qualidade das imagens. As imagens empregadas aqui foram obtidas por meio de modelagens computacionais através do software GATE ou provenientes de aquisições clínicas de objetos simuladores, realizadas no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto. Em seguida foi feito uma avaliação do impacto das correções nas imagens através de métodos quantitativos, em que várias técnicas corretivas foram combinadas entre si e comparadas. Por fim uma avaliação de regiões profundas e periféricas foi executado. Isso foi feito por simulações e por imagens de objetos simuladores obtidos na clínica. Nas simulações um volume de água envolto por osso foi utilizado como meio espalhador e duas simulações foram feitas, uma com uma fonte na região central e outra com a fonte próxima a borda. Mais duas simulações foram realizadas, em que as fontes estavam nas mesma posições porém sem o meio espalhador. Já nas imagens obtidas na clínica foram realizadas as mesmas correções e após isso foi aplicado a função gama. Ao se observar os dados obtidos ao comparar as combinações de métodos corretivos percebeu-se que com o alto valor da Signal to Noise Ratio (SNR) e o baixo do Root Mean Square Error (RMSE) a combinação filtro de Wiener (com um desvio padrão de 2,5) e Chang apresenta os melhores resultados para a qualidade das imagens. Já ao se analisar a SNR e RMSE das simulações com meio espalhador e sem, foi possível notar que as regiões periféricas sofrem menos com os efeitos da interação da radiação com a matéria e que apesar de algumas correções contribuírem para a qualidade da região central a periferia é lesada. Como por exemplo ao corrigir as imagens com o DEW o RMSE da região central vai de 0.22 para 0.15 porém o da região periférica sai de 0.12 para 0.25, ou seja, há uma melhora do erro na região central, porém ele aumenta na periférica. Já por meio da função gama das imagens obtidas na clínica foi possível identificar as regiões que mais sofreram alterações com as correções, e nota-se que é a região central, apesar de ambas as regiões apresentarem variações. Dessa forma foi possível concluir que as regiões centrais se beneficiam mais com os métodos corretivos, já que sofrem mais com os efeitos de atenuação e espalhamento, apresentando uma melhora nos resultados e assim dessa forma auxiliando nos diagnósticos baseados em imagens de SPECT.
Título em inglês
Quantitative and qualitative evaluation of the effect of attenuation and scattering corrections in deep and peripheral regions in SPECT images
Palavras-chave em inglês
Attenuation
Nuclear medicine
Scattering
Resumo em inglês
The study aimed to test methods for correcting attenuation and scattering of the of SPECT images identified which methods presents more significant improves of SPECT images quality, in addition to observe the influence of distance (inside or peripheral regions) on the mentioned effects. The methods implemented here are: the Dual Energy Window (DEW), the Wiener filter and the correction considering a single attenuation coefficient (Chang). Firstly, we validated of the software for the corrective methods , beyond a study of the influence of intrinsic parameters and techniques on the results of corrections, thus determining the optimal values for a better quality of the images. The images used here were obtained through computational modeling using the GATE software or from clinical acquisitions of simulator objects, performed at Hospital das Clínicas of the Ribeirão Preto Medical School. Then, the impact of corrections on the images was assessed using quantitative methods, in which several corrective techniques were combined and compared. Finally, an assessment of deep and peripheral regions was carried out. This was done by simulations and images of simulator objects obtained at the clinic. In the simulations, a volume of water surrounded by bone was used as a spreader and two simulations were made, one with a source in the central region and another with the source close to the edge. Two more simulations were carried out, in which the sources were in the same positions but without the spreader. In the images obtained at the clinic, the same corrections were made and after that the gamma function was applied. When observing the data obtained and comparing the combinations of corrective methods, was observed tthat with the high value of the Signal to Noise Ratio (SNR) and the low of the Root Mean Square Error (RMSE) the Wiener filter combination (with a standard deviation 2.5) and Chang presents the best results for the quality of the images. Analyzing the SNR and RMSE of the simulations with and without scattering medium, was possible to notice that the peripheral regions suffer less from the effects of the interaction of radiation with the matter and that although some corrections contribute to the quality of the central region, the periphery is damaged. As, for example, when correcting the images with DEW, the RMSE of the central region goes from 0.22 to 0.15, while the peripheral region goes from 0.12 to 0.25, that is, there is an improvement in the error in the central region, but it increases in the peripheral region. Through the gamma function of the images obtained at the clinic, it was possible to identify the regions that suffered the most changes with the corrections, and it is noted that it is the central region, although both regions present variations. Therefore,it was possible to conclude that the central regions benefit more from the corrective methods, since they suffer more from the effects of attenuation and spreading, showing an improvement in the results and thus helping in the diagnoses based on SPECT images.
 
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Data de Publicação
2020-07-14
 
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