Lesion detection performance in an anthropomorphic chest phantom: comparative analysis of low-dose CT data on two hybrid imaging systems

Introduction: multimodality environment; requirement for greater understanding of the imaging technologies used, the limitations of these technologies, and how to best interpret the results; dose optimization; introduction of new techniques; current practice and best practice; incidental findings, in low-dose CT images obtained as part of the hybrid imaging process, are an increasing phenomenon with advancing CT technology; resultant ethical and medico-legal dilemmas; understanding limitations of these procedures important when reporting images and recommending follow-up; free-response observer performance study was used to evaluate lesion detection in low-dose CT images obtained during attenuation correction acquisitions for myocardial perfusion imaging, on two hybrid imaging systems.

A method to determine the impact of visual function on lesion detection performance

There are few professions in which visual acuity is as important as it is to radiologists. The diagnostic decision making process is composed of a number of events (detection or observation, interpretation and reporting), where the detection phase is subject to a number of physical and psychological phenomena that are critical to the process. Visual acuity is one phenomenon that has often been overlooked, and there is very little research assessing the impact of reduced visual acuity on diagnostic performance. The aim of this study was to investigate the impact of reduced visual acuity on an observer’s ability to detect simulated nodules in an anthropomorphic chest phantom.

Lesion detection performance: comparative analysis of low-dose CT data of the chest on two hybrid imaging systems

Incidental findings on low-dose CT images obtained during hybrid imaging are an increasing phenomenon as CT technology advances. Understanding the diagnostic value of incidental findings along with the technical limitations is important when reporting image results and recommending follow-up, which may result in an additional radiation dose from further diagnostic imaging and an increase in patient anxiety. This study assessed lesions incidentally detected on CT images acquired for attenuation correction on two SPECT/CT systems. Methods: An anthropomorphic chest phantom containing simulated lesions of varying size and density was imaged on an Infinia Hawkeye 4 and a Symbia T6 using the low-dose CT settings applied for attenuation correction acquisitions in myocardial perfusion imaging. Twenty-two interpreters assessed 46 images from each SPECT/CT system (15 normal images and 31 abnormal images; 41 lesions). Data were evaluated using a jackknife alternative free-response receiver-operating-characteristic analysis (JAFROC). Results: JAFROC analysis showed a significant difference (P < 0.0001) in lesion detection, with the figures of merit being 0.599 (95% confidence interval, 0.568, 0.631) and 0.810 (95% confidence interval, 0.781, 0.839) for the Infinia Hawkeye 4 and Symbia T6, respectively. Lesion detection on the Infinia Hawkeye 4 was generally limited to larger, higher-density lesions. The Symbia T6 allowed improved detection rates for midsized lesions and some lower-density lesions. However, interpreters struggled to detect small (5 mm) lesions on both image sets, irrespective of density. Conclusion: Lesion detection is more reliable on low-dose CT images from the Symbia T6 than from the Infinia Hawkeye 4. This phantom-based study gives an indication of potential lesion detection in the clinical context as shown by two commonly used SPECT/CT systems, which may assist the clinician in determining whether further diagnostic imaging is justified.

Optimização dos protocolos de reconstrução em imagens TC de AVC isquémico agudo: projecto

Mestrado de Radiações aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Imagem Digital com Radiação X.

Quantificação da difusão na ressonância magnética da mama: ADC e Kurtosis

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Ressonância Magnética

Difusão molecular em ressonância magnética para estudo de lesões mamárias malignas

Objetivos – Com este estudo pretendeu-se i) avaliar o contributo da aplicação da sequência de difusão na caracterização das lesões mamárias malignas; ii) considerar se a sequência de difusão deve incorporar o protocolo standard em RM mamária e iii) correlacionar os resultados dos valores de coeficiente aparente de difusão (ADC) e os resultados histológicos. Metodologia – A amostra incluiu 18 pacientes do sexo feminino, com idades compreendidas entre 38 e 71 anos, que apresentavam lesões mamárias malignas confirmadas histologicamente. Foi adicionado ao protocolo de RM mamária a sequência de difusão, de modo a calcular os valores de ADC das lesões observadas. Resultados – Verificou-se que a range de valores de ADC para lesões malignas em ROI’s calculados no centro da lesão apresentavam uma média e desvio-padrão de (0,89 ± 0,14x10-3mm2/s). O método da utilização dos valores de ADC na caracterização de lesões mamárias malignas demonstrou uma sensibilidade de 100%. Conclusões – Neste estudo, com uma sensibilidade de 100%, a ponderação em difusão demonstrou ser uma técnica vantajosa na caracterização de lesões mamárias malignas pelo que se sugere a sua introdução no protocolo standard da RM mamária. ABSTRACT - Aims – The aim of this study was i) to evaluate the potential of the DWI sequence in the characterization of malignant breast lesions; ii) to verify if this sequence should incorporate the breast MRI protocol and iii) to correlate the apparent diffusion coefficients (ADC) values and histological results. Methodology – The sample includes 18 female patients between the ages of 38 and 71 years, who presented with malignant breast lesion confirmed by histology. The DWI sequence was added to the MRI standard protocol to calculate the ADC values. Results – In the results obtained we observed that the range of the ADC values calculated in the center of the malignant lesions, showed a mean and standard deviation of 0.89 ± 0.14 x10-3 mm2 / s. This method of using the ADC values for the detection of malignant lesions showed a sensitivity of 100%. Conclusion – The DWI technique proved to be a useful method in the characterization of malignant breast lesions, as it showed a sensitivity of 100%, so we suggest its inclusion in the Breast MR standard protocol.

Quantificação por imagem ponderada em difusão (DWI) das lesões tumorais da mama

Introdução – A técnica de Difusão por Ressonância Magnética (RM), ao avaliar o movimento das moléculas de água nos tecidos, permite inferir sobre a arquitetura dos mesmos, em particular relativamente à celularidade, volume celular e permeabilidade das membranas. O Coeficiente de Difusão Aparente (ADC) é um parâmetro quantificável da imagem ponderada em difusão (DWI). A sua análise poderá fornecer informação clínica adicional sobre estas lesões, sobretudo em relação à sua caracterização histológica. Objetivos – Caracterizar e diferenciar tipos e alguns subtipos de lesões mamárias através da análise do ADC. Metodologia – 20 Mulheres com 23 lesões mamárias foram submetidas a RM mamária: 3 lesões benignas (3 Fibroadenomas-FA) e 20 malignas (16 Carcinomas Ductais Invasivos-CDI, 2 Carcinomas Ductais In Situ-CDIS e 2 Carcinomas Invasivos Lobulares-CLI). Num equipamento 1.5T aplicou-se uma sequência de Difusão (b=0,50,250,500,750,1000 s/mm2). Obteve-se o ADC através do ajuste exponencial da intensidade de sinal das lesões em função do valor de b, fazendo-se corresponder os valores de ADC à respetiva caracterização histológica e posterior comparação com a literatura. Resultados e Discussão – As lesões malignas apresentaram ADCs significativamente (p=0,014) inferiores [(0,94±0,22)x10-3 mm2/s] aos das benignas [(1,43±0,25)x10-3 mm2/s]. A justificação pode residir no aumento da celularidade e consequente restrição da Difusão que se observa nas lesões malignas. Os CDI apresentaram ADCs baixos [(0,88±0,17)x10-3 mm2/s], enquanto que os CDIS apresentaram ADCs mais elevados [(1,33±0,29)x10-3 mm2/s]. Estes resultados estão de acordo com o facto dos CDIS estarem limitados aos ductos mamários, mantendo-se menos alterada a estrutura do tecido adjacente e resultando numa menor restrição à difusão que nos CDI. Verificaram-se diferenças significativas entre FA e CDI (p=0,010) e entre CDI e CDIS (p=0,049). Conclusões – O ADC possibilita a diferenciação entre lesões mamárias benignas e malignas, bem como entre alguns tipos histológicos. O desenvolvimento deste conceito pode representar um avanço no papel da RM na avaliação destas neoplasias. ABSTRACT - Introduction – The Magnetic Resonance (MR) diffusion technique measures the movement of water molecules in tissues. Therefore, it provides useful information about tissue architecture, specially regarding tissue cellularity, cell volume and membrane permeability. The quantification of diffusion weighted imaging (DWI) data is done by measuring the so-called. Apparent Diffusion Coefficient (ADC). This parameter provides additional clinical information about breast lesions, and potentially allows for in-vivo histological characterization. Purpose – To characterize and differentiate breast lesions through ADC analysis. Methodology – The study comprised 20 women, with 23 breast lesions: 3 benign lesions - 3 Fibroadenomas (FA); and 20 malignant - 16 Invasive Ductal Carcinomas (CDI), 2 Ductal Carcinomas In Situ (CDIS), 2 Invasive Lobular Carcinoma (CLI). On a 1.5T equipment a diffusion-weighted sequence with 6 b-values (b=0,50,250,500,750,1000 s/mm2) was used to examine the patients. ADC was obtained by fitting an exponential to data of lesion signal intensity vs. b values. A correspondence of ADC values to histological lesion characterization was done and finally, the results were comparison with the literature. Results and Discussion – Malignant lesions showed inferior ADCs significantly (p=0.014) lower ((0.94±0.22)x10-3 mm2/s) than the benign lesions ((1.43±0.25)x10-3 mm2/s). This may be associated to increasead cellularity in malignant lesions, which result in higher tissue restriction to diffusion. CDI showed low ADC values ((0.88±0.17)x10-3 mm2/s), while the CDIS showed higher ADCs ((1.33±0.29)x10-3 mm2/s). These results agree with the fact that CDIS are limited to mammary ducts, maintaining a less altered neighboring tissue structure, which results in a lower restriction to diffusion than observed in CDI. Significant differences between FA and CDI (p=0.010) and between CDI and CDIS (p=0.049) were observed. Conclusion – The ADC parameter is able to differentiate between malignant and benign breast lesions, as well as between some histological types.

Finite element studies of the mechanical behaviour of the diaphragm in normal and pathological cases

The diaphragm is a muscular membrane separating the abdominal and thoracic cavities, and its motion is directly linked to respiration. In this study, using data from a 59-year-old female cadaver obtained from the Visible Human Project, the diaphragm is reconstructed and, from the corresponding solid object, a shell finite element mesh is generated and used in several analyses performed with the ABAQUS 6.7 software. These analyses consider the direction of the muscle fibres and the incompressibility of the tissue. The constitutive model for the isotropic strain energy as well as the passive and active strain energy stored in the fibres is adapted from Humphrey's model for cardiac muscles. Furthermore, numerical results for the diaphragmatic floor under pressure and active contraction in normal and pathological cases are presented.

Lesões da substância branca por ressonância magnética: uma avaliação entre as ponderações DWI e T2 FLAIR

RESUMO: Objetivos – Determinar a sensibilidade e especificidade das ponderações Difusão (DWI) e T2 Fluid-Attenuated Inversion Recovery (FLAIR) na avaliação de lesões da substância branca (SB) e verificar em que medida se complementam, por forma a criar um conjunto de boas práticas na RM cranioencefálica de rotina. Metodologia – Recorrendo-se a uma metodologia quantitativa, efetuou-se uma análise retrospetiva da qual foram selecionados 30 pacientes, 10 sem patologia e 20 com patologia (2 com EM, 7 com Leucoencefalopatia, 6 com doença microangiopática e 5 com patologia da substância branca indefinida). Obteve-se uma amostra de 60 imagens, nomeadamente: 30 imagens ponderadas em DWI e 30 em T2 FLAIR. Recorrendo ao programa Viewdex®, três observadores avaliaram um conjunto de imagens segundo sete critérios: visibilidade, deteção, homogeneidade, localização, margens e dimensões da lesão e capacidade de diagnóstico. Com os resultados obtidos recorreu-se ao cálculo de sensibilidade e especificidade pelas Curvas ROC, bem como à análise estatística, nomeadamente, Teste-T, Índice de Concordância Kappa e coeficiente de correlação de Pearson entre as variáveis em estudo. Resultados – Os resultados de sensibilidade e de especificidade obtidos para a ponderação T2 FLAIR foram superiores (0,915 e 0,038, respetivamente) aos da ponderação DWI (0,08 e 0,100, respetivamente). Não se verificaram variâncias populacionais significativas. Obteve-se uma elevada correlação linear entre as variáveis com um valor r situado entre 0,8 e 0,99. Verificou-se também uma variabilidade considerável entre os observadores. Conclusões – Dados os baixos valores de sensibilidade e especificidade obtidos para a DWI, sugere-se que esta deva ser incluída no protocolo de rotina de crânio como auxiliar no diagnóstico diferencial com outras patologias.

Otimização do co-registo metabolismo-morfologia em estudos de PET/CT com 18F-DG de nódulos pulmonares: comparação de dois protocolos - 4D vs CT lento

Mestrado em Medicina Nuclear - Área de especialização: Tomografia por Emissão de Positrões.

Nintendo Wii: uso terapêutico no controlo postural em indivíduos que sofreram um acidente vascular cerebral

Mestrado em Fisioterapia.

Avaliação de um sistema CAD na deteção de lesões em imagens mamográficas

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Área de especialização: Imagem Digital por Radiação X.

Avaliação da caracterização de lesões em mamografia com recurso a sistemas CAD (Computer-Aided Diagnosis)

Os sistemas Computer-Aided Diagnosis (CAD) auxiliam a deteção e diferenciação de lesões benignas e malignas, aumentando a performance no diagnóstico do cancro da mama. As lesões da mama estão fortemente correlacionadas com a forma do contorno: lesões benignas apresentam contornos regulares, enquanto as lesões malignas tendem a apresentar contornos irregulares. Desta forma, a utilização de medidas quantitativas, como a dimensão fractal (DF), pode ajudar na caracterização dos contornos regulares ou irregulares de uma lesão. O principal objetivo deste estudo é verificar se a utilização concomitante de 2 (ou mais) medidas de DF – uma tradicionalmente utilizada, a qual foi designada por “DF de contorno”; outra proposta por nós, designada por “DF de área” – e ainda 3 medidas obtidas a partir destas, por operações de dilatação/erosão e por normalização de uma das medidas anteriores, melhoram a capacidade de caracterização de acordo com a escala BIRADS (Breast Imaging Reporting and Data System) e o tipo de lesão. As medidas de DF (DF contorno e DF área) foram calculadas através da aplicação do método box-counting, diretamente em imagens de lesões segmentadas e após a aplicação de um algoritmo de dilatação/erosão. A última medida baseia-se na diferença normalizada entre as duas medidas DF de área antes e após a aplicação do algoritmo de dilatação/erosão. Os resultados demonstram que a medida DF de contorno é uma ferramenta útil na diferenciação de lesões, de acordo com a escala BIRADS e o tipo de lesão; no entanto, em algumas situações, ocorrem alguns erros. O uso combinado desta medida com as quatro medidas propostas pode melhorar a classificação das lesões.

Análise quantitativa da saturação de gordura em ressonância magnética mamária: comparação das técnicas SPAIR e DIXON

Introdução – A ressonância magnética (RM) mamária com injeção de contraste é uma ferramenta indispensável para a caracterização de lesões mamárias. Para tal, é fulcral uma boa capacidade de saturação de gordura de forma a delimitar as lesões observadas. Este trabalho tem como objetivo analisar quantitativa e qualitativamente as técnicas de saturação de gordura em RM mamária, nomeadamente as técnicas SPAIR e Dixon. Metodologia – Utilizou-se um equipamento de RM de 1,5T com bobina específica para a mama. Aplicou-se, durante o exame, uma sequência adicional em que a técnica de saturação de gordura utilizada foi a Dixon. Posteriormente foram analisadas as imagens obtidas com as técnicas SPAIR e Dixon e colocadas regiões de interesse (ROI) na lesão, na glândula mamária, no tecido adiposo e no ar. Estes valores de sinal obtidos foram registados e calcularam-se as relações sinal-ruído (SNR), contraste-ruído (CNR) e uniformidade de saturação de gordura para as mesmas estruturas a analisar e nas distintas sequências. Resultados – Verificou-se que a técnica de supressão de gordura Dixon apresenta resultados quantitativos e qualitativos superiores à técnica SPAIR. Conclusões – Recomenda-se a utilização da técnica Dixon para saturação de gordura nas sequências de estudo dinâmico com agente de contraste, especificamente nos estudos de RM mamária.

The influence of experience and training in a group of novice observers: a jackknife alternative free-response receiver operating characteristic analysis

Purpose - The study evaluates the pre- and post-training lesion localisation ability of a group of novice observers. Parallels are drawn with the performance of inexperienced radiographers taking part in preliminary clinical evaluation (PCE) and ‘red-dot’ systems, operating within radiography practice. Materials and methods - Thirty-four novice observers searched 92 images for simulated lesions. Pre-training and post-training evaluations were completed following the free-response the receiver operating characteristic (FROC) method. Training consisted of observer performance methodology, the characteristics of the simulated lesions and information on lesion frequency. Jackknife alternative FROC (JAFROC) and highest rating inferred ROC analyses were performed to evaluate performance difference on lesion-based and case-based decisions. The significance level of the test was set at 0.05 to control the probability of Type I error. Results - JAFROC analysis (F(3,33) = 26.34, p < 0.0001) and highest-rating inferred ROC analysis (F(3,33) = 10.65, p = 0.0026) revealed a statistically significant difference in lesion detection performance. The JAFROC figure-of-merit was 0.563 (95% CI 0.512,0.614) pre-training and 0.677 (95% CI 0.639,0.715) post-training. Highest rating inferred ROC figure-of-merit was 0.728 (95% CI 0.701,0.755) pre-training and 0.772 (95% CI 0.750,0.793) post-training. Conclusions - This study has demonstrated that novice observer performance can improve significantly. This study design may have relevance in the assessment of inexperienced radiographers taking part in PCE or commenting scheme for trauma.