Segmentación automática de aneurismas aórticos abdominales a partir de imágenes de resonancia magnética basada en modelos activos de forma y modelos de textura

Se presenta un algoritmo semiautomático de segmentación de aneurismas aórticos abdominales (AAA) basado en modelos activos de forma (ASM) y modelos de textura. La información de textura viene dada por un conjunto de cuatro imágenes 3D de resonancia magnética (RM) compuestas por cortes axiales de la zona abdominal. En estas imágenes son visibles la luz aórtica, la pared aórtica y el trombo intraluminal (ILT). Dado el tamaño limitado del conjunto de imágenes de RM, se han implementado un ASM que capture las características específicas del conjunto de entrenamiento compuesto por 35 imágenes de tomografía axial computarizada (CTA), de modo que la variación de forma pueda ser adecuadamente caracterizada. La textura se caracteriza a partir de las imágenes de RM. Para la evaluación del algoritmo se ha llevado a cabo una validación cruzada dejando uno fuera sobre el conjunto de imágenes de RM.

Generación de modelos físicos personalizados y segmentación de la pared arterial y el trombo intraluminal en imágenes de aneurismas aórticos abdominales

Esta tesis doctoral está encuadrada dentro del marco general de la ingeniería biomédica aplicada al tratamiento de las enfermedades cardiovasculares, enfermedades que provocan alrededor de 1.9 millones (40%) de muertes al año en la Unión Europea. En este contexto surge el proyecto europeo SCATh-Smart Catheterization, cuyo objetivo principal es mejorar los procedimientos de cateterismo aórtico introduciendo nuevas tecnologías de planificación y navegación quirúrgica y minimizando el uso de fluoroscopía. En particular, esta tesis aborda el modelado y diagnóstico de aneurismas aórticos abdominales (AAA) y del trombo intraluminal (TIL), allí donde esté presente, así como la segmentación de estas estructuras en imágenes preoperatorias de RM. Los modelos físicos específicos del paciente, construidos a partir de imágenes médicas preoperatorias, tienen múltiples usos, que van desde la evaluación preoperatoria de estructuras anatómicas a la planificación quirúrgica para el guiado de catéteres. En el diagnóstico y tratamiento de AAA, los modelos físicos son útiles a la hora de evaluar diversas variables biomecánicas y fisiológicas de las estructuras vasculares. Existen múltiples técnicas que requieren de la generación de modelos físicos que representen la anatomía vascular. Una de las principales aplicaciones de los modelos físicos es el análisis de elementos finitos (FE). Las simulaciones de FE para AAA pueden ser específicas para el paciente y permiten modelar estados de estrés complejos, incluyendo los efectos provocados por el TIL. La aplicación de métodos numéricos de análisis tiene como requisito previo la generación de una malla computacional que representa la geometría de interés mediante un conjunto de elementos poliédricos, siendo los hexaédricos los que presentan mejores resultados. En las estructuras vasculares, generar mallas hexaédricas es un proceso especialmente exigente debido a la compleja anatomía 3D ramificada. La mayoría de los AAA se encuentran situados en la bifurcación de la arteria aorta en las arterias iliacas y es necesario modelar de manera fiel dicha bifurcación. En el caso de que la sangre se estanque en el aneurisma provocando un TIL, éste forma una estructura adyacente a la pared aórtica. De este modo, el contorno externo del TIL es el mismo que el contorno interno de la pared, por lo que las mallas resultantes deben reflejar esta particularidad, lo que se denomina como "mallas conformadas". El fin último de este trabajo es modelar las estructuras vasculares de modo que proporcionen nuevas herramientas para un mejor diagnóstico clínico, facilitando medidas de riesgo de rotura de la arteria, presión sistólica o diastólica, etc. Por tanto, el primer objetivo de esta tesis es diseñar un método novedoso y robusto para generar mallas hexaédricas tanto de la pared aórtica como del trombo. Para la identificación de estas estructuras se utilizan imágenes de resonancia magnética (RM). Deben mantenerse sus propiedades de adyacencia utilizando elementos de alta calidad, prestando especial atención al modelado de la bifurcación y a que sean adecuadas para el análisis de FE. El método tiene en cuenta la evolución de la línea central del vaso en el espacio tridimensional y genera la malla directamente a partir de las imágenes segmentadas, sin necesidad de reconstruir superficies triangulares. Con el fin de reducir la intervención del usuario en el proceso de generación de las mallas, es también objetivo de esta tesis desarrollar un método de segmentación semiautomática de las distintas estructuras de interés. Las principales contribuciones de esta tesis doctoral son: 1. El diseño, implementación y evaluación de un algoritmo de generación de mallas hexaédricas conformadas de la pared y el TIL a partir de los contornos segmentados en imágenes de RM. Se ha llevado a cabo una evaluación de calidad que determine su aplicabilidad a métodos de FE. Los resultados demuestran que el algoritmo desarrollado genera mallas conformadas de alta calidad incluso en la región de la bifurcación, que son adecuadas para su uso en métodos de análisis de FE. 2. El diseño, implementación y evaluación de un método de segmentación automático de las estructuras de interés. La luz arterial se segmenta de manera semiautomática utilizando un software disponible a partir de imágenes de RM con contraste. Los resultados de este proceso sirven de inicialización para la segmentación automática de las caras interna y externa de la pared aórtica utilizando métodos basado en modelos de textura y forma a partir de imágenes de RM sin contraste. Los resultados demuestran que el algoritmo desarrollado proporciona segmentaciones fieles de las distintas estructuras de interés. En conclusión, el trabajo realizado en esta tesis doctoral corrobora las hipótesis de investigación postuladas, y pretende servir como aportación para futuros avances en la generación de modelos físicos de geometrías biológicas. ABSTRACT The frame of this PhD Thesis is the biomedical engineering applied to the treatment of cardiovascular diseases, which cause around 1.9 million deaths per year in the European Union and suppose about 40% of deaths per year. In this context appears the European project SCATh-Smart Catheterization. The main objective of this project is creating a platform which improves the navigation of catheters in aortic catheterization minimizing the use of fluoroscopy. In the framework of this project, the specific field of this PhD Thesis is the diagnosis and modeling of abdominal aortic aneurysm (AAAs) and the intraluminal thrombus (ILT) whenever it is present. Patient-specific physical models built from preoperative imaging are becoming increasingly important in the area of minimally invasive surgery. These models can be employed for different purposes, such as the preoperatory evaluation of anatomic structures or the surgical planning for catheter guidance. In the specific case of AAA diagnosis and treatment, physical models are especially useful for evaluating pressures over vascular structures. There are multiple techniques that require the generation of physical models which represent the target anatomy. Finite element (FE) analysis is one the principal applications for physical models. FE simulations for AAA may be patient-specific and allow modeling biomechanical and physiological variables including those produced by ILT, and also the segmentation of those anatomical structures in preoperative MR images. Applying numeric methods requires the generation of a proper computational mesh. These meshes represent the patient anatomy using a set of polyhedral elements, with hexahedral elements providing better results. In the specific case of vascular structures, generating hexahedral meshes is a challenging task due to the complex 3D branching anatomy. Each patient’s aneurysm is unique, characterized by its location and shape, and must be accurately represented for subsequent analyses to be meaningful. Most AAAs are located in the region where the aorta bifurcates into the iliac arteries and it is necessary to model this bifurcation precisely and reliably. If blood stagnates in the aneurysm and forms an ILT, it exists as a conforming structure with the aortic wall, i.e. the ILT’s outer contour is the same as the wall’s inner contour. Therefore, resulting meshes must also be conforming. The main objective of this PhD Thesis is designing a novel and robust method for generating conforming hexahedral meshes for the aortic wall and the thrombus. These meshes are built using largely high-quality elements, especially at the bifurcation, that are suitable for FE analysis of tissue stresses. The method accounts for the evolution of the vessel’s centerline which may develop outside a single plane, and generates the mesh directly from segmented images without the requirement to reconstruct triangular surfaces. In order to reduce the user intervention in the mesh generation process is also a goal of this PhD. Thesis to develop a semiautomatic segmentation method for the structures of interest. The segmentation is performed from magnetic resonance image (MRI) sequences that have tuned to provide high contrast for the arterial tissue against the surrounding soft tissue, so that we determine the required information reliably. The main contributions of this PhD Thesis are: 1. The design, implementation and evaluation of an algorithm for generating hexahedral conforming meshes of the arterial wall and the ILT from the segmented contours. A quality inspection has been applied to the meshes in order to determine their suitability for FE methods. Results show that the developed algorithm generates high quality conforming hexahedral meshes even at the bifurcation region. Thus, these meshes are suitable for FE analysis. 2. The design, implementation and evaluation of a semiautomatic segmentation method for the structures of interest. The lumen is segmented in a semiautomatic way from contrast filled MRI using an available software. The results obtained from this process are used to initialize the automatic segmentation of the internal and external faces of the aortic wall. These segmentations are performed by methods based on texture and shape models from MRI with no contrast. The results show that the algorithm provides faithful segmentations of the structures of interest requiring minimal user intervention. In conclusion, the work undertaken in this PhD. Thesis verifies the investigation hypotheses. It intends to serve as basis for future physical model generation of proper biological anatomies used by numerical methods.

Os aneurismas externos /

Tesis Univ. Río de Janeiro.

Comparación entre las ventajas e inconvenientes de la comprensión y la ligadura en sus diversos procedimientos, para la curación de las aneurismas quirúrgicas [Manuscrito] : disertación leída en la sesión de la academia...por D.Francisco Javier de Castro y Perez

Mode of access: Internet.

Estudo do comportamento biomecânico de aneurismas cerebrais

Os aneurismas cerebrais são dilatações patológicas das artérias cerebrais e são conhecidos como um dos eventos cerebrovasculares mais comuns e graves. A maioria dos aneurismas cerebrais não provocam sintomas até que se tornem grandes, começando a vazar sangue ou a romperem-se. O principal objetivo deste trabalho é a caracterização do comportamento biomecânico de aneurismas, tendo em consideração diferentes parâmetros geométricos e fisiológicos, de forma a analisar o comportamento da parede de um vaso sanguíneo aquando a formação de um aneurisma. O estudo numérico foi efetuado considerando diferentes modelos constitutivos híper-elásticos, que é o caso dos vasos sanguíneos, com intuito de verificar qual o que melhor se adequa a este tipo de estudos e de analisar e calcular os deslocamentos e as deformações ocorridas no aneurisma cerebral. Os diferentes modelos constitutivos foram aproximados por uma curva de tensão/deformação que contém valores experimentais de um ensaio de tração até à rutura de uma mucosa vaginal. Foram utilizados dois módulos do software Ansys®, sendo estes o Fluent e o Static Structural. O primeiro utilizou-se determinar a pressão exercida pelo fluido na parede interior do canal, sendo este resultado exportado para o Static Structural, permitindo assim fazer o estudo estrutural do canal com aneurisma. Concluiu-se que a nível qualitativo, qualquer modelo constitutivo estudado pode ser utilizado, pois todos mostram o mesmo tipo de distribuição de deslocamentos e deformações. No entanto, os modelos mais fiáveis a nível quantitativo é o modelo de Mooney-Rivlin 5 Parameter e o Polynomial 2nd Order, pois apresentam os mesmos resultados.

Saphenous vein graft bypass in the treatment of giant cavernous sinus aneurysms: report of two cases

Two cases of giant intracavernous aneurysms treated by high flow bypass with saphenous vein graft between the external carotid artery (ECA) and branches of the middle cerebral artery (MCA) are presented. Very often these aneurysms are unclippable because they are fusiform or have a large neck. Occlusion of the internal carotid artery (ICA) is the treatment of choice in many cases. This procedure has however a high risk of brain infarction. Revascularization of the brain by extra-intracranial anastomosis between the superficial temporal artery (STA) and branches of the MCA is frequently performed. This procedure provides however a low flow bypass and brain infarction may occur. We report two cases of giant cavernous sinus aneurysms treated by high flow bypass and endovascular balloon occlusion of the ICA. Immediate high flow revascularization of MCA branches was achieved and the patients showed no ischemic events. Follow-up of 8 and 14 months after operation shows patency of the venous graft and no neurological deficits. Angiographic control examination showed complete aneurysm occlusion in both cases.

Aneurisma Intracraniano na Criança

Os aneurismas cerebrais são raros na criança, embora a sua ruptura seja a principal causa de hemorragia subaracnoideia neste grupo etário. Apresenta-se o caso de uma criança de 11 anos de idade, que recorreu ao hospital por cefaleia súbita e intensa, sem história prévia de traumatismos ou infecções. O estudo clínico e imagiológico realizado foi sugestivo de hemorragia subaracnoideia. A angiografia cerebral permitiu o diagnóstico de aneurisma da bifurcação da artéria carótida interna esquerda. Foi submetida a cirurgia, com boa evolução pós-operatória. Pretende-se com este caso alertar para as dificuldades no diagnóstico diferencial de ruptura de aneurisma cerebral na criança e salientar que um diagnóstico correcto e precoce permite melhorar o prognóstico.

Procedimentos Endovasculares Aórticos

Os autores apresentam uma análise retrospectiva de todos os procedimentos endovasculares aórticos realizados no Serviço, até Novembro de 2009. A série inclui 302 doentes, dos quais 246 correspondem ao tratamento electivo de aneurismas da aorta abdominal, 33 ao tratamento de aneurismas da aorta abdominal em contexto de urgência e 23 a procedimentos endovasculares da aorta torácica. O objectivo da análise visa descrever as características epidemiológicas, incluindo patologia associada, assim como mortalidade major e mortalidade aos 30 dias de pós-operatório.

Giant Interatrial Septal Aneurysms Mimicking Quistic Masses. Two Cases with Different Therapeutic Options

With the recent technical improvement in echocardiography imaging (second harmonics) the number of interatrial septum aneurysms (ASA) increased and are easily recognized. We assist to an overdiagnosing number of cases and diagnostic criteria emerged to face this problem. In the great majority of the cases ASA are small and inoffensive, but as ASA is considered a risk factor for cardioembolism when associated with persistence of foramen oval (PFO), an examination by transesophageal echocardiography (TEE) for exclusion of PFO makes the sense and is a common testing in patients with cryptogenic stroke. Besides these frequent ASA, other forms exist; the authors describe two cases of uncommon and huge ASA, one mimicking a right atrial tumor and the other a quistic, hipoechoic mass. The first case was associated with mitral stenosis and was submitted to surgery and the second was closed with an Amplatzer occluder device usually used in atrial septal defect (ASD).

Um Caso de Sucesso no Tratamento Concomitante de Rotura de Aneurisma Intracraniano e Aneurisma Visceral

A associação entre aneurismas intracranianos e viscerais é extremamente rara, com mau prognóstico. A situação de rotura surge habitualmente no contexto de urgência e implica um tratamento imediato. Relata-se o caso de uma doente com rotura de aneurisma da artéria comunicante anterior e da artéria pancreaticoduodenal anterior. A actuação concertada das várias especialidades permitiu a abordagem cirúrgica dirigida ao aneurisma visceral, sem o agravamento da hemorragia cerebral que a eventual clampagem da Artéria Aorta poderia provocar. A manutenção da estabilidade hemodinâmica foi essencial para a posterior realização de embolização do aneurisma intracraniano.

Ecocardiografia Transesofágica e Cirurgia Vascular

Segundo as guidelines atuais, o ecocardiograma transesofágico está indicado na cirurgia vascular major. O objetivo deste trabalho é determinar qual é o impacto do ecocardiograma transesofágico no diagnóstico de patologias da aorta susceptíveis de correção cirúrgica, na orientação da abordagem anestésica e cirúrgica e na monitorização destes pacientes no pós-operatório. Para o efeito, os seguintes itens foram estudados: impacto clínico geral do ecocardiograma transesofágico na cirurgia não cardíaca, ecocardiograma transesofágico no peri-operatório de aneurismas e disseções da aorta, da cirurgia endovascular da aorta, de lesões traumáticas da aorta, do tromboembolismo e de tumores da veia cava inferior.

Doença de Chagas em Virgem da Lapa, Minas Gerais, Brasil. IV. Aspectos clínicos e epidemiológicos do aneurisma ventricular esquerdo

Com o objetivo de avaliar as características clínicas e epidemiológicas do aneurisma ventricular esquerdo na doença de Chagas crônica, 388 indivíduos não selecionados: 298 chagásicos e 90 não-chagásicos, foram submetidos ao exame ecocardiográfico. A função ventricular foi avaliada ao modo M através do cálculo da fração de ejeção e ao bidimensional através da análise subjetiva da função sistólica global e a contratilidade regional foi avaliada pelo modelo da Sociedade Americana de Ecocardiografia. Foram diagnosticados 56 (18,8%) aneurismas do ventrículo esquerdo, todos entre os chagásicos, sendo 38 (12,7%) no segmento apical, 10 (3,4%) no septo interventricular, 2 (0,7%) ápico-septal, 2 (0,7%) na parede posterior, 2 (0,7%) na parede inferior e 2 (0,7%) no segmento ínfero-posterior. Não houve diferença significativa nas freqüências dos aneurismas em relação à faixa etária, ao sexo e à etnia. Não houve associação entre aneurismas e hipertensão arterial. Dos 56 indivíduos com aneurismas, 55 (98,2%) eram sintomáticos com predominância de palpitações, 53 (94,6,%) apresentaram ECG anormais, com predominância de extra-sístoles ventriculares, seguidas de alterações da condução e 34 (60,7%) apresentaram comprometimento da função ventricular, sem diferença quanto ao segmento acometido. Diante destes resultados podemos considerar o aneurisma ventricular esquerdo, principalmente apical, como um marcador de doença de Chagas e um indicador da alta morbidade da infecção humana pelo T. cruzi em Virgem da Lapa.

Aneurisma do átrio direito associado à hidropisia fetal: diagnóstico por ecocardiografia fetal

Os aneurismas de átrio direito são entidades raramente relatadas na prática cardiológica, especialmente em vida intra-uterina, e podendo ser confundidos com derrame pericárdico e anomalia de Ebstein da valva tricúspide. Apresentamos revisão da literatura e ilustramos com caso de diagnóstico pré-natal de aneurisma de átrio direito cursando com sinais de hidropisia.

Oclusão percutânea das comunicações interventriculares: experiência inicial

OBJETIVO: Avaliar a experiência inicial com o fechamento percutâneo das comunicações interventriculares (CIV), em especial, das CIV perimembranosas (CIVPM) com a nova prótese de Amplatzer. MÉTODOS: Foram submetidos ao procedimento onze pacientes, seis com CIV perimembranosas (CIVPM) e cinco com CIV musculares (CIVM). Dois apresentavam infecções repetidas do trato respiratório e tinham baixo ganho ponderal. Um apresentou história prévia de endocardite infecciosa. Os demais eram assintomáticos e foram selecionados pela ecocardiografia transtorácica (ETT). RESULTADOS: No grupo das CIVM (n=5), um paciente tinha uma CIV apical, dois tinham defeitos médio-septais e dois pacientes apresentavam defeitos múltiplos. Neste grupo, foi utilizada uma prótese de comunicação interatrial (CIA) (Amplatzer Septal Occluder®) e cinco próteses para CIVM (Amplatzer VSD-MUSC Occluder®), sendo que uma mesma paciente recebeu dois dispositivos. Todos os implantes foram bem sucedidos e transcorreram sem complicações. No grupo das CIVPM (n=6), dois tinham aneurismas de septo membranoso. Em 5, identificamos dois pertuitos com angiografia seletiva. Utilizamos próteses de Amplatzer para canal arterial (PCA) (Amplatzer Duct Occluder®) em 1 paciente e próteses específicas para CIVPM nos demais (Amplatzer VSD-MEMB Occluder®). Um oclusor perimembranoso migrou imediatamente depois de liberado, sendo retirado da aorta descendente. Outro paciente apresentou bloqueio atrioventricular total (BAVT), que reverteu após corticoterapia. CONCLUSÃO: O procedimento é tecnicamente complexo e deve ser executado apenas em centros especializados. Apesar disso, mostrou-se seguro e eficaz nos casos selecionados, e pode ser oferecido como alternativa ao tratamento cirúrgico tradicional.

Características da arterite de Takayasu no início da doença e de acordo com o gênero

FUNDAMENTO: Embora haja diversos estudos epidemiológicos publicados referentes à artrite de Takayasu (AT), nenhum analisou a influência do gênero nas manifestações clínicas e laboratoriais ou as alterações vasculares no início da doença. OBJETIVO: Analisar a influência do gênero nas manifestações clínicas e laboratoriais e nas variações de imagiologia vascular no início da AT. MÉTODOS: Estudo de coorte retrospectivo, unicêntrico que avaliou 55 pacientes consecutivos com AT entre 1982 e 2012. Todos os dados clínicos e resultados de testes laboratoriais relacionados ao início da doença foram analisados. Incluímos apenas pacientes de 12 a 35 anos no diagnóstico para excluir fatores relacionados à idade. RESULTADOS: Analisamos 17 homens e 38 mulheres, sendo a maioria caucasiana, com uma média de idade comparável entre os gêneros. Não houve diferença de gênero referente às características clínicas ou laboratoriais, comorbidades ou tabagismo, exceto pela dor abdominal, que apresentou ser mais comum em homens. Com relação às lesões vasculares, a presença de aneurismas da aorta ascendente foi significativamente mais frequente em homens. O gênero masculino representou um fator de risco independente para a ocorrência de dor abdominal e aneurismas da aorta ascendente em pacientes com AT. CONCLUSÃO: A dor abdominal e aneurismas da aorta ascendente ocorreram com mais frequência em homens com AT, sugerindo um perfil de doença mais severa em homens.