Optimisation of exposure parameters for spinal curvature measurements in paediatric radiography

This review aims to identify strategies to optimise radiography practice using digital technologies, for full spine studies on paediatrics focusing particularly on methods used to diagnose and measure severity of spinal curvatures. The literature search was performed on different databases (PubMed, Google Scholar and ScienceDirect) and relevant websites (e.g., American College of Radiology and International Commission on Radiological Protection) to identify guidelines and recent studies focused on dose optimisation in paediatrics using digital technologies. Plain radiography was identified as the most accurate method. The American College of Radiology (ACR) and European Commission (EC) provided two guidelines that were identified as the most relevant to the subject. The ACR guidelines were updated in 2014; however these guidelines do not provide detailed guidance on technical exposure parameters. The EC guidelines are more complete but are dedicated to screen film systems. Other studies provided reviews on the several exposure parameters that should be included for optimisation, such as tube current, tube voltage and source-to-image distance; however, only explored few of these parameters and not all of them together. One publication explored all parameters together but this was for adults only. Due to lack of literature on exposure parameters for paediatrics, more research is required to guide and harmonise practice.

Optimisation of paediatrics computed radiography for full spine curvature measurements using a phantom: a pilot study

Aim: Optimise a set of exposure factors, with the lowest effective dose, to delineate spinal curvature with the modified Cobb method in a full spine using computed radiography (CR) for a 5-year-old paediatric anthropomorphic phantom. Methods: Images were acquired by varying a set of parameters: positions (antero-posterior (AP), posteroanterior (PA) and lateral), kilo-voltage peak (kVp) (66-90), source-to-image distance (SID) (150 to 200cm), broad focus and the use of a grid (grid in/out) to analyse the impact on E and image quality (IQ). IQ was analysed applying two approaches: objective [contrast-to-noise-ratio/(CNR] and perceptual, using 5 observers. Monte-Carlo modelling was used for dose estimation. Cohen’s Kappa coefficient was used to calculate inter-observer-variability. The angle was measured using Cobb’s method on lateral projections under different imaging conditions. Results: PA promoted the lowest effective dose (0.013 mSv) compared to AP (0.048 mSv) and lateral (0.025 mSv). The exposure parameters that allowed lower dose were 200cm SID, 90 kVp, broad focus and grid out for paediatrics using an Agfa CR system. Thirty-seven images were assessed for IQ and thirty-two were classified adequate. Cobb angle measurements varied between 16°±2.9 and 19.9°±0.9. Conclusion: Cobb angle measurements can be performed using the lowest dose with a low contrast-tonoise ratio. The variation on measurements for this was ±2.9° and this is within the range of acceptable clinical error without impact on clinical diagnosis. Further work is recommended on improvement to the sample size and a more robust perceptual IQ assessment protocol for observers.

X Radiation dose implications in screening patients with ferromagnetic IOFBs prior to MRI: a literary review

Patients scheduled for a magnetic resonance imaging (MRI) scan sometimes require screening for ferromagnetic Intra Orbital Foreign Bodies (IOFBs). To assess this, they are required to fill out a screening protocol questionnaire before their scan. If it is established that a patient is at high risk, radiographic imaging is necessary. This review examines literature to evaluate which imaging modality should be used to screen for IOFBs, considering that the eye is highly sensitive to ionising radiation and any dose should be minimised. Method: Several websites and books were searched for information, these were as follows: PubMed, Science Direct, Web of Knowledge and Google Scholar. The terms searched related to IOFB, Ionising radiation, Magnetic Resonance Imaging Safety, Image Quality, Effective Dose, Orbits and X-ray. Thirty five articles were found, several were rejected due to age or irrelevance; twenty eight were eventually accepted. Results: There are several imaging techniques that can be used. Some articles investigated the use of ultrasound for investigation of ferromagnetic IOFBs of the eye and others discussed using Computed Tomography (CT) and X-ray. Some gaps in the literature were identified, mainly that there are no articles which discuss the lowest effective dose while having adequate image quality for orbital imaging. Conclusion: X-ray is the best method to identify IOFBs. The only problem is that there is no research which highlights exposure factors that maintain sufficient image quality for viewing IOFBs and keep the effective dose to the eye As Low As Reasonably Achievable (ALARA).

A balance between image quality and effective dose in orbital X-ray screening for ferromagnetic IOFBs: a pilot study

Purpose: To investigate whether standard X-ray acquisition factors for orbital radiographs are suitable for the detection of ferromagnetic intra-ocular foreign bodies in patients undergoing MRI. Method: 35 observers, at varied levels of education in radiography, attending a European Dose Optimisation EURASMUS Summer School were asked to score 24 images of varying acquisition factors against a clinical standard (reference image) using two alternative forced choice. The observers were provided with 12 questions and a 5 point Likert scale. Statistical tests were used to validate the scale, and scale reliability was also measured. The images which scored equal to, or better than, the reference image (36) were ranked alongside their corresponding effective dose (E), the image with the lowest dose equal to or better than the reference is considered the new optimum acquisition factors. Results: Four images emerged as equal to, or better than, the reference in terms of image quality. The images were then ranked in order of E. Only one image that scored the same as the reference had a lower dose. The reference image had a mean E of 3.31μSv, the image that scored the same had an E of 1.8μSv. Conclusion: Against the current clinical standard exposure factors of 70kVp, 20mAs and the use of an anti- scatter grid, one image proved to have a lower E whilst maintaining the same level of image quality and lesion visibility. It is suggested that the new exposure factors should be 60kVp, 20mAs and still include the use of an anti-scatter grid.

The effects of clinical support surfaces on pressure as a risk factor in the development of pressure ulcers, from a radiographical perspective: a narrative literature review

Purpose: Pressure ulcers are a high cost, high volume issue for health and medical care providers, having a detrimental effect on patients and relatives. Pressure ulcer prevention is widely covered in the literature, but little has been published regarding the risk to patients in the radiographical setting. This review of the current literature is to identify findings relevant to radiographical context. Methods: Literature searching was performed using Science Direct and Medline databases. The search was limited to articles published in the last ten years to remain current and excluded studies containing participants less than 17 years of age. In total 14 studies were acquired; three were excluded as they were not relevant. The remaining 11 studies were compared and reviewed. Discussion: Eight of the studies used ‘healthy’ participants and three used symptomatic participants. Nine studies explored interface pressure with a range of pressure mat technologies, two studies measured shear (MRI finite element modelling, and a non-invasive instrument), and one looked at blood flow and haemoglobin oxygenation. A range of surfaces were considered from trauma, nursing and surgical backgrounds for their ability to reduce pressure including standard mattresses, high specification mattresses, rigid and soft layer spine boards, various overlays (gel, air filled, foam). Conclusion: The current literature is not appropriate for the radiographic patient and cannot be extrapolated to a radiologic context. Sufficient evidence is presented in this review to support the need for further work specific to radiography in order to minimise the development of PU in at risk patients.

An experimental study to compare the interface pressure and experience of healthy participants when lying still for 20 minutes in a supine position on two different imaging surfaces

Introduction: Pressure ulcers are a high cost, high volume issue for health and medical care providers, affecting patients’ recovery and psychological wellbeing. The current research of support surfaces on pressure as a risk factor in the development of pressure ulcers is not relevant to the specialised, controlled environment of the radiological setting. Method: 38 healthy participants aged 19-51 were placed supine on two different imaging surfaces. The XSENSOR pressure mapping system was used to measure the interface pressure. Data was acquired over a time of 20 minutes preceded by 6 minutes settling time to reduce measurement error. Qualitative information regarding participants’ opinion on pain and comfort was recorded using a questionnaire. Data analysis was performed using SPSS 22. Results: Data was collected from 30 participants aged 19 to 51 (mean 25.77, SD 7.72), BMI from 18.7 to 33.6 (mean 24.12, SD 3.29), for two surfaces, following eight participant exclusions due to technical faults. Total average pressure, average pressure for jeopardy areas (head, sacrum & heels) and peak pressure for jeopardy areas were calculated as interface pressure in mmHg. Qualitative data showed that a significant difference in experiences of comfort and pain was found in the jeopardy areas (P<0.05) between the two surfaces. Conclusion: A significant difference is seen in average pressure between the two surfaces. Pain and comfort data also show a significant difference between the surfaces, both findings support the proposal for further investigation into the effects of radiological surfaces as a risk factor for the formation of pressure ulcers.

A narrative review on the reduction of effective dose to a paediatric patient by using different combinations of kVp, mAs and additional filtration whilst maintaining image quality

This paper reviews the literature for lowering of dose to paediatric patients through use of exposure factors and additional filtration. Dose reference levels set by The International Commission on Radiological Protection (ICRP) will be considered. Guidance was put in place in 1996 requires updating to come into line with modern imaging equipment. There is a wide range of literature that specifies that grids should not be used on paediatric patients. Although much of the literature advocates additional filtration, contrasting views on the relative benefits of using aluminium or copper filtration, and their effects on dose reduction and image quality can vary. Changing kVp and mAs has an effect on the dose to the patient and image quality. Collimation protects adjacent structures whilst reducing scattered radiation.

Reducing effective dose to a paediatric phantom by using different combinations of kVp, mAs and additional filtration whilst maintaining image quality

Purpose: To determine whether using different combinations of kVp and mAs with additional filtration can reduce the effective dose to a paediatric phantom whilst maintaining diagnostic image quality. Methods: 27 images of a paediatric AP pelvis phantom were acquired with different kVp, mAs and additional copper filtration. Images were displayed on quality controlled monitors with dimmed lighting. Ten diagnostic radiographers (5 students and 5 experienced radiographers) had eye tests to assess visual acuity before rating the images. Each image was rated for visual image quality against a reference image using 2 alternative forced choice software using a 5-point Likert scale. Physical measures (SNR and CNR) were also taken to assess image quality. Results: Of the 27 images rated, 13 of them were of acceptable image quality and had a dose lower than the image with standard acquisition parameters. Two were produced without filtration, 6 with 0.1mm and 5 with 0.2mm copper filtration. Statistical analysis found that the inter-rater and intra-rater reliability was high. Discussion: It is possible to obtain an image of acceptable image quality with a dose that is lower than published guidelines. There are some areas of the study that could be improved. These include using a wider range of kVp and mAs to give an exact set of parameters to use. Conclusion: Additional filtration has been identified as amajor tool for reducing effective dose whilst maintaining acceptable image quality in a 5 year old phantom.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Web GIS to support irrigation management: a prototype for SAGRA network, Alentejo Portugal

Dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

ALSMon: sistema para monitorizar ALS

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Implementação de um Array de detetores de radiação ionizante

Atualmente, as radiações ionizantes desempenham um papel fundamental nas áreas de diagnóstico e terapia, estando omnipresentes em ambientes hospitalares. Contudo, devido aos efeitos biológicos adversos da radiação, torna-se essencial a protecção dos profissionais de saúde e pacientes. Consequentemente, um array de detetores capazes de produzir um sinal acústico, aquando da presença de radiação ionizante excedendo determinados valores limite e transmissão via wireless das leituras para um sistema central _e de grande interesse prático. Nesta dissertação, foi implementado um sistema capaz de alimentar um array de sensores de radiação para monitorização de diferentes espaços e transmissão das leituras efetuadas via wireless. A aquisição de dados foi realizada, recorrendo à utilização de um conversor analógico-digital. Vários testes de validação foram realizados, através de vários passos para alcançar a concretização do sistema final, nomeadamente testes relativos ao circuito de detecção, módulos de comunicação wireless, bem como o uso de diferentes ambientes de desenvolvimento integrados (IDE). Os resultados destes testes mostram a visualização e gravação adequadas dos dados relativos aos níveis de radiação, bem como a transmissão de dados de forma viável, permitindo a monitorização de espaços sujeitos à presença de radiação ionizante. Desta forma, um array de contadores Geiger-Müller, ligados a módulos wireless XBee open-source e uma placa Arduino, possibilitou a implementação de um sistema viável e de baixo custo para monitorização de radiação ionizante e registar esses mesmos dados para posterior análise.

Sensors on mobile devices for AAL

Com o envelhecimento da população, as preocupações com a garantia do seu bem-estar aumentam criando a necessidade de desenvolver ferramentas que permitam monitorizar em permanência este sector da população. A utilização de smartphones pelos mais velhos pode ser crucial no seu bem-estar e na sua autonomia contribuindo para a recolha de informação importante já que estes estão muitas vezes equipados com sensores que podem dar indicações preciosas ao cuidador sobre o estado atual do paciente. Os sensores podem fornecer dados sobre a atividade física do paciente, bem como detetar quedas ou calcular a sua posição, com a ajuda do acelerómetro, do giroscópio e do sensor de campo magnético. No entanto, funcionalidades como essas requerem, obrigatoriamente, uma frequência de amostragem mínima por parte dos sensores que permita a implementação de algoritmos, que determinarão esses parâmetros da forma mais exata possível. Dado que nem sempre os pacientes se fazem acompanhar do seu smartphone quando estão na sua residência, a criação de ambientes de AAL (Ambient Assisted Living) com recurso a dispositivos externos que podem ser “vestidos” pelos pacientes pode também ser uma solução adequada. Estes contêm normalmente os mesmos sensores que os smartphones e comunicam com estes através de tecnologias sem fios, como é o caso do Bluetooth Low Energy. Neste trabalho, avaliou-se a possibilidade de alteração da frequência dos sensores em diferentes sistemas operativos, tendo sido efectuadas modificações nas instalações por defeito de alguns sistemas operativos abertos. Com o objectivo de permitir a criação de uma solução de AAL com recurso a um dispositivo externo implementaram-se serviços e perfis num dispositivo externo, o SensorTag.

Meios de partilha de recursos educativos digitais: LMS, CMS e Cloud Computing

Para muitos, o ato de ensinar, era e continua a ser uma “arte”, em que os professores e os grandes mestres mais eficientes são aqueles que têm a capacidade e a arte de fazer passar as suas mensagens e conhecimentos, de forma simples e apelativa, independentemente da área de estudo. A informação relacionada com a aula, é cada vez mais digital, sendo importante, por parte dos docentes, o domínio de tecnologias de criação, organização e disponibilização de conteúdos. Essa partilha foi inicialmente possível pelas páginas Web e mais tarde pelas plataformas LMS (Learning Management System). Criar um Website era uma tarefa complicada quer ao nível do seu custo quer ao nível do domínio da tecnologia Web e era por vezes necessário contratar profissionais para o efeito. Surgiram então as CMS (Content Management System) que são tecnologias Open Source, que permitem a gestão de conteúdos. Neste sentido foi realizado um estudo com o objetivo de aferir sobre as competências dos professores no domínio da partilha de Gestão de Conteúdos Digitais. O presente estudo permitiu retirar conclusões sobre o potencial e aplicabilidade das CMS no ensino. O principal objetivo do presente estudo incidiu no potencial de distribuição e partilha de Recursos Educativos Digitais organizados sobre o ponto de vista pedagógico aos alunos. Foi ainda analisado e estudado o papel do Cloud Computing no processo de partilha colaborativa de documentos. Foi delineado como suporte à presente investigação um curso modelo que por sua vez foi implementado nas três principais CMS da atualidade e avaliado o potencial de cada uma neste contexto. Finalmente foram apresentadas as conclusões retiradas do presente estudo.

Utilização de plataformas de fonte aberta no controlo de condição

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica