Pulmonary Artery-Vein Segmentation in Real and Synthetic CT Images = Segmentación Arteria-Vena Pulmonares en Imágenes de CT Reales y Sintéticas

La tomografía axial computerizada (TAC) es la modalidad de imagen médica preferente para el estudio de enfermedades pulmonares y el análisis de su vasculatura. La segmentación general de vasos en pulmón ha sido abordada en profundidad a lo largo de los últimos años por la comunidad científica que trabaja en el campo de procesamiento de imagen; sin embargo, la diferenciación entre irrigaciones arterial y venosa es aún un problema abierto. De hecho, la separación automática de arterias y venas está considerado como uno de los grandes retos futuros del procesamiento de imágenes biomédicas. La segmentación arteria-vena (AV) permitiría el estudio de ambas irrigaciones por separado, lo cual tendría importantes consecuencias en diferentes escenarios médicos y múltiples enfermedades pulmonares o estados patológicos. Características como la densidad, geometría, topología y tamaño de los vasos sanguíneos podrían ser analizados en enfermedades que conllevan remodelación de la vasculatura pulmonar, haciendo incluso posible el descubrimiento de nuevos biomarcadores específicos que aún hoy en dípermanecen ocultos. Esta diferenciación entre arterias y venas también podría ayudar a la mejora y el desarrollo de métodos de procesamiento de las distintas estructuras pulmonares. Sin embargo, el estudio del efecto de las enfermedades en los árboles arterial y venoso ha sido inviable hasta ahora a pesar de su indudable utilidad. La extrema complejidad de los árboles vasculares del pulmón hace inabordable una separación manual de ambas estructuras en un tiempo realista, fomentando aún más la necesidad de diseñar herramientas automáticas o semiautomáticas para tal objetivo. Pero la ausencia de casos correctamente segmentados y etiquetados conlleva múltiples limitaciones en el desarrollo de sistemas de separación AV, en los cuales son necesarias imágenes de referencia tanto para entrenar como para validar los algoritmos. Por ello, el diseño de imágenes sintéticas de TAC pulmonar podría superar estas dificultades ofreciendo la posibilidad de acceso a una base de datos de casos pseudoreales bajo un entorno restringido y controlado donde cada parte de la imagen (incluyendo arterias y venas) está unívocamente diferenciada. En esta Tesis Doctoral abordamos ambos problemas, los cuales están fuertemente interrelacionados. Primero se describe el diseño de una estrategia para generar, automáticamente, fantomas computacionales de TAC de pulmón en humanos. Partiendo de conocimientos a priori, tanto biológicos como de características de imagen de CT, acerca de la topología y relación entre las distintas estructuras pulmonares, el sistema desarrollado es capaz de generar vías aéreas, arterias y venas pulmonares sintéticas usando métodos de crecimiento iterativo, que posteriormente se unen para formar un pulmón simulado con características realistas. Estos casos sintéticos, junto a imágenes reales de TAC sin contraste, han sido usados en el desarrollo de un método completamente automático de segmentación/separación AV. La estrategia comprende una primera extracción genérica de vasos pulmonares usando partículas espacio-escala, y una posterior clasificación AV de tales partículas mediante el uso de Graph-Cuts (GC) basados en la similitud con arteria o vena (obtenida con algoritmos de aprendizaje automático) y la inclusión de información de conectividad entre partículas. La validación de los fantomas pulmonares se ha llevado a cabo mediante inspección visual y medidas cuantitativas relacionadas con las distribuciones de intensidad, dispersión de estructuras y relación entre arterias y vías aéreas, los cuales muestran una buena correspondencia entre los pulmones reales y los generados sintéticamente. La evaluación del algoritmo de segmentación AV está basada en distintas estrategias de comprobación de la exactitud en la clasificación de vasos, las cuales revelan una adecuada diferenciación entre arterias y venas tanto en los casos reales como en los sintéticos, abriendo así un amplio abanico de posibilidades en el estudio clínico de enfermedades cardiopulmonares y en el desarrollo de metodologías y nuevos algoritmos para el análisis de imágenes pulmonares. ABSTRACT Computed tomography (CT) is the reference image modality for the study of lung diseases and pulmonary vasculature. Lung vessel segmentation has been widely explored by the biomedical image processing community, however, differentiation of arterial from venous irrigations is still an open problem. Indeed, automatic separation of arterial and venous trees has been considered during last years as one of the main future challenges in the field. Artery-Vein (AV) segmentation would be useful in different medical scenarios and multiple pulmonary diseases or pathological states, allowing the study of arterial and venous irrigations separately. Features such as density, geometry, topology and size of vessels could be analyzed in diseases that imply vasculature remodeling, making even possible the discovery of new specific biomarkers that remain hidden nowadays. Differentiation between arteries and veins could also enhance or improve methods processing pulmonary structures. Nevertheless, AV segmentation has been unfeasible until now in clinical routine despite its objective usefulness. The huge complexity of pulmonary vascular trees makes a manual segmentation of both structures unfeasible in realistic time, encouraging the design of automatic or semiautomatic tools to perform the task. However, this lack of proper labeled cases seriously limits in the development of AV segmentation systems, where reference standards are necessary in both algorithm training and validation stages. For that reason, the design of synthetic CT images of the lung could overcome these difficulties by providing a database of pseudorealistic cases in a constrained and controlled scenario where each part of the image (including arteries and veins) is differentiated unequivocally. In this Ph.D. Thesis we address both interrelated problems. First, the design of a complete framework to automatically generate computational CT phantoms of the human lung is described. Starting from biological and imagebased knowledge about the topology and relationships between structures, the system is able to generate synthetic pulmonary arteries, veins, and airways using iterative growth methods that can be merged into a final simulated lung with realistic features. These synthetic cases, together with labeled real CT datasets, have been used as reference for the development of a fully automatic pulmonary AV segmentation/separation method. The approach comprises a vessel extraction stage using scale-space particles and their posterior artery-vein classification using Graph-Cuts (GC) based on arterial/venous similarity scores obtained with a Machine Learning (ML) pre-classification step and particle connectivity information. Validation of pulmonary phantoms from visual examination and quantitative measurements of intensity distributions, dispersion of structures and relationships between pulmonary air and blood flow systems, show good correspondence between real and synthetic lungs. The evaluation of the Artery-Vein (AV) segmentation algorithm, based on different strategies to assess the accuracy of vessel particles classification, reveal accurate differentiation between arteries and vein in both real and synthetic cases that open a huge range of possibilities in the clinical study of cardiopulmonary diseases and the development of methodological approaches for the analysis of pulmonary images.

Estudo com radioaerossol de DTPA Tecnécio-99m em pacientes portadores de pneumopatia por amiodarona

Com o objetivo de se avaliar a importância do \"clearance\" do dietilenotriamino-pentacetato marcado com Tecnécio 99m (DTPA-Tecnécio-99m) em portadores de pneumopatia por amiodarona foram estudados 40 indivíduos, em quatro grupos. Grupo I: 10 voluntários normais, assintomáticos e não fumantes (8 homens e 2 mulheres), com média de idade de 56,80 anos. Grupo II: 10 voluntários normais, assintomáticos e fumantes (6 homens e 4 mulheres ), com média de idade de 27,50 anos. Grupo III: 10 pacientes não fumantes ( 4 homens e 5 mulheres ), com média de idade de 52,90 anos. Todos faziam uso crônico de amiodarona por via oral. Grupo IV: 10 pacientes portadores de pneumopatia por amiodarona, quatro ex-fumantes, dois fumantes e quatro não fumantes ( 8 homens e 2 mulheres) com média de idade de 52,90 anos. Todos faziam uso de amiodarona por via oral e nenhum fumou nas 4 semanas que precederam o estudo. Após espirometria que constou do registro da curva volume-tempo, todos inalaram 4 ml de solução salina contendo 740 MBq de DTPA Tecnécio-99m, durante cinco minutos. Através de uma c~mara de cintilação computadorizada foram obtidas imagens pulmonares, definindo-se 9 áreas de interesse. Para cada região escolhida foi determinada uma curva de \"clearance\" extraindo-se o valor de meia-vida biológica em minu- tos ( T 1/2 ) e a taxa percentual de \" clearance\" alvéolo capilar do radioaerossol por minuto (K%/min). Observamos que, das variáveis espirométricas consideradas, a capacidade vital forçada (CVF) e o volume expiratório forçado no 1 segundo (VEF1) mostraram diferenças significantes entre os grupos I e IV. A contagem total de radioatividade de ambos os pulmões não mostrou relação com a CVF e o VEF1. O \" clearance \" pulmonar do DTPA Tecnécio-99m foi maior nos grupos 11 e IV, porém não permitindo sua diferenciação. Estes resultados permitem concluir: Os pacientes portadores de pneumonite por amiodaro- na apresentam\" clearance \" alvéolo-capilar de DTPA Tecnécio-99m significativamente maior que os indivíduos do grupo de normais não fumantes. Este fato também se verificou em relação aos pacientes em uso crônico de amiodarona mas sem evidências de pneumopatia. Não é possível diferenciar os fumantes dos portadores de pneumonite por amiodarona através da análise da integridade da barreira alvéolo-epitelial com DTPA Tecnécio-99m. Comparativamente, o estudo da integridade alvéolo-epitelial pelo \"clearance\" pulmonar de DTPA Tecnécio-99m é mais sensível que a espirometria na avaliação da pneumonite por amiodarona, permitindo diferenciar estes pacientes dos que fazem uso crônico da droga

Nutrição da gestante portadora de anemia falciforme, complicações maternas e resultados perinatais

O prognóstico da gestação é influenciado pelo estado nutricional materno. Sabe-se que, desde a infância, as pessoas portadoras da doença falciforme apresentam crescimento deficiente. Pouco se conhece sobre a evolução do estado nutricional materno na anemia falciforme. O objetivo foi analisar o estado nutricional de gestantes portadoras de anemia falciforme, avaliando o ganho de peso, o consumo dietético materno e os resultados adversos maternos e perinatais. Métodos: Foram avaliadas 26 gestantes portadoras de anemia falciforme SS e 23 SC, a partir do início do pré-natal especializado até o puerpério. Como grupo controle foram utilizadas 63 gestantes, sem comorbidades. O estado nutricional das gestantes foi avaliado de acordo com índice de massa corporal, pré-gestacional e ao final da gravidez, bem como analisado o ganho de peso materno. O consumo dietético foi analisado utilizando-se questionário de frequência alimentar, em cada trimestre, caracterizando-se o valor energético total e a ingestão de macronutrientes e micronutrientes. As complicações maternas e perinatais foram investigadas. O nível de significância foi 0,05 (alfa=5%). Resultados: O IMC pré-gestacional foi significativamente menor no grupo SS (mediana 20,3 kg/m2) quando comparado com os grupos SC (22,7 kg/m2, p < 0,05) e controle (23,2 kg/m2, p < 0,05). O baixo peso pré-gestacional (IMC < 18,5 kg/m2) foi significativamente mais frequente no grupo SS (15,4%) quando comparado aos grupos SC (4,4%) e controle (1,6%, p=0,009). Ao final da gestação, o grupo SS apresentou menor IMC (mediana 23,1 kg/m2) quando comparado com o grupo SC (26,1 kg/m2, p < 0,05) e controle (28,5 kg/m2, p < 0,05). O ganho ponderal na gestação foi menor no grupo SS (mediana 8,0 kg) quando comparado com o grupo SC (11,9 kg, p < 0,05) e Controle (13,7 kg, p < 0,05). Na análise do consumo dietético no 2º trimestre, constatou-se que os grupos SS e SC apresentaram menor consumo de proteínas (medianas, 73 g/d e 69 g/d) quando comparados aos controles (96 g/d, p < 0,05); e o consumo de cálcio foi menor no grupo SS comparado ao controle (mediana, 410 vs. 748 g/d, p<0,05). No 3º trimestre, houve menor consumo de proteínas pelo grupo SS quando comparado com os controles (mediana, 68 g/d vs. 93 g/d, p < 0,05); o consumo de vitamina A foi menor no grupo SS quando comparado aos controles (mediana, 447 vs. 940 mcg/d, p < 0,05); o consumo de vitamina E foi menor no grupo SS (mediana, 6 mg/d) quando comparado aos grupos SC (10 mg/d) e controle (7 mg/d, p < 0,05). As complicações maternas mais frequentes foram: crise álgica, 58% no grupo SS e 44% no SC (p=NS); infecção urinária, 31% no SS e 17% no SC (p=NS); e infecção pulmonar, 35% no SS e 9% no SC (p=NS). Houve diferença significativa no diagnóstico de sofrimento fetal: SS (36%), SC (14%) e controle (13%, p=0,032). Resultados perinatais adversos foram mais frequentes nos grupos SS e SC quando comparados aos controles. Conclusões: O estado nutricional das gestantes portadoras de doença falciforme SS caracterizou-se pela desnutrição materna, com baixo ganho ponderal na gestação. O consumo dietético de macronutrientes demonstrou ingestão inadequada de proteínas nos 2º e 3º trimestres. As complicações maternas e resultados perinatais adversos foram eventos frequentes nas gestantes portadoras de doença falciforme

O parto por cesariana no Hospital de Cascais : análise de taxas, indicações, procedimentos e complicações

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Complicações pós-cirúrgicas em pacientes com diabetes mellitus

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Complicações microvasculares da diabetes

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

LCD-OpenPACS: sistema integrado de telerradiologia com auxílio ao diagnóstico de nódulos pulmonares em exames de tomografia computadorizada

Lung cancer is one of the most common types of cancer and has the highest mortality rate. Patient survival is highly correlated with early detection. Computed Tomography technology services the early detection of lung cancer tremendously by offering aminimally invasive medical diagnostic tool. However, the large amount of data per examination makes the interpretation difficult. This leads to omission of nodules by human radiologist. This thesis presents a development of a computer-aided diagnosis system (CADe) tool for the detection of lung nodules in Computed Tomography study. The system, called LCD-OpenPACS (Lung Cancer Detection - OpenPACS) should be integrated into the OpenPACS system and have all the requirements for use in the workflow of health facilities belonging to the SUS (Brazilian health system). The LCD-OpenPACS made use of image processing techniques (Region Growing and Watershed), feature extraction (Histogram of Gradient Oriented), dimensionality reduction (Principal Component Analysis) and classifier (Support Vector Machine). System was tested on 220 cases, totaling 296 pulmonary nodules, with sensitivity of 94.4% and 7.04 false positives per case. The total time for processing was approximately 10 minutes per case. The system has detected pulmonary nodules (solitary, juxtavascular, ground-glass opacity and juxtapleural) between 3 mm and 30 mm.

Classificação de nódulos pulmonares em imagens tomográficas utilizando redes neurais artificiais em cascata

Lung cancer is the most common of malignant tumors, with 1.59 million new cases worldwide in 2012. Early detection is the main factor to determine the survival of patients affected by this disease. Furthermore, the correct classification is important to define the most appropriate therapeutic approach as well as suggest the prognosis and the clinical disease evolution. Among the exams used to detect lung cancer, computed tomography have been the most indicated. However, CT images are naturally complex and even experts medical are subject to fault detection or classification. In order to assist the detection of malignant tumors, computer-aided diagnosis systems have been developed to aid reduce the amount of false positives biopsies. In this work it was developed an automatic classification system of pulmonary nodules on CT images by using Artificial Neural Networks. Morphological, texture and intensity attributes were extracted from lung nodules cut tomographic images using elliptical regions of interest that they were subsequently segmented by Otsu method. These features were selected through statistical tests that compare populations (T test of Student and U test of Mann-Whitney); from which it originated a ranking. The features after selected, were inserted in Artificial Neural Networks (backpropagation) to compose two types of classification; one to classify nodules in malignant and benign (network 1); and another to classify two types of malignancies (network 2); featuring a cascade classifier. The best networks were associated and its performance was measured by the area under the ROC curve, where the network 1 and network 2 achieved performance equal to 0.901 and 0.892 respectively.

Complicações do Alcoolismo na Família: Intervenções de Enfermagem

Desde há muito, o alcoolismo tem sido um tema em voga. No entanto, não deixa de ser um tema atual, objeto de preocupação e discussão de profissionais de diversas áreas do saber. Não obstante as respostas e os contributos que os profissionais trazem à mesa e que muito contribuem para a compreensão do fenómeno “alcoolismo” enquanto problema de Saúde Pública, sabe-se bem que um pouco por todo lado, e Cabo Verde não foge a regra, tem havido um aumento do consumo de álcool e os efeitos nefastos que este acarreta são cada vez mais frequentes e assustadores. Essa problemática é, na sua maioria, abordada sob o ponto de vista do alcoólico, e muito pouco abordada sob a perspetiva da família que tem no seu seio um elemento identificado como alcoólico. Assim com o objetivo de identificar as intervenções de Enfermagem perante as complicações do alcoolismo na família, foi realizado um estudo de caso abordado de forma qualitativa com uma família que tem no seu seio um elemento identificado alcoólico. Os dados foram recolhidas através da observação não estruturada, entrevistas semiestruturadas e questionários. Os resultados demonstram que as complicações do alcoolismo na família giram em torno de perturbações na harmonia e no equilíbrio familiar, violência verbal, problemas financeiros, conflitos interpessoais e sofrimento. Tais complicações demandam intervenção de uma equipa multidisciplinar onde a enfermagem tem um papel proactivo no ensino: processo de doença, no aumento da disponibilidade de aprendizagem, na redução da ansiedade, aumento do sistema de apoio e da autoestima, assistência de autocuidado, motivação do comportamento, facilitação de auto responsabilidade, apoio a tomada de decisão, promoção do envolvimento familiar, suporte a família, apoio ao cuidador, entre outras. As intervenções de enfermagem versadas neste trabalho figuram como ferramentas necessárias no cuidado ao alcoólico e sua família com vista a melhorar a qualidade de vida dos mesmos.

Lesões pulmonares provocadas pela nicotina por via subcutânea em ratos.

RESUMO: Objetivo: Estudo com o objetivo de observar a influência da nicotina, aplicada pela via subcutânea, em pulmões de ratos. Métodos: Foram utilizados 20 ratos Wistar pesando 235±35g, separados aleatoriamente em 2 grupos iguais. O grupo I (n=10) recebeu nicotina na dose de 2 mg/ Kg/dia pela via subcutânea durante 20 dias e o grupo II (n=10) recebeu placebo pela mesma via de administração. Resultados: Os resultados mostraram que no grupo I ocorreu broncopneumonia em 3 (30%) ratos, leucocitose alveolar em 10 (100%) e leucocitose septal em 7 (70%). Atelectasia foi encontrada em 2 (20%). Transformados em escores, os dados totalizaram 52 pontos. Os escores das alterações observadas nos pulmões do grupo II atingiram 11 pontos (p<0,05). Conclusão: Os dados permitiram concluir que o uso da nicotina por via subcutânea contribuiu para o aparecimento de lesões pulmonares em ratos, em número e intensidade significativamente maiores do que nos animais considerados controles.